《直流穩(wěn)壓電源》PPT課件-2.ppt

第18章 直流穩(wěn)壓電源,18.2 濾波器,18.3 直流穩(wěn)壓電源,18.1 整流電路,本章要求： 1. 理解單相整流電路和濾波電路的工作原理及 參數(shù)的計(jì)算; 2. 了解穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作 原理; 3. 了解集成穩(wěn)壓電路的性能及應(yīng)用。,第18章 直流穩(wěn)壓電源,第18章 直流穩(wěn)壓電源,小功率直流穩(wěn)壓電源的組成,功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適 的直流電壓,18.1 整流電路,整流電路的作用: 將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。,常見(jiàn)的整流電路： 半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。,分析時(shí)可把二極管當(dāng)作理想元件處理： 二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。,整流原理： 利用二極管的單向?qū)щ娦?18.1.1 單相半波整流電路,2. 工作原理,u 正半周，VaVb， 二極管D導(dǎo)通；,3. 工作波形,u 負(fù)半周，Va Vb， 二極管D 截止 。,1. 電路結(jié)構(gòu),動(dòng)畫(huà),4. 參數(shù)計(jì)算,(1) 整流電壓平均值 Uo,(2) 整流電流平均值 Io,(3) 流過(guò)每管電流平均值 ID,(4) 每管承受的最高反向電壓 UDRM,(5) 變壓器副邊電流有效值 I,5. 整流二極管的選擇,平均電流 ID 與最高反向電壓 UDRM 是選擇整流二極管的主要依據(jù)。,選管時(shí)應(yīng)滿足： IOM ID ， URWM UDRM,半波整流電路的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用的元件少。,缺點(diǎn)：只利用了電源的半個(gè)周期，所以電源利用率 低，輸出的直流成分比較低；輸出波形的脈動(dòng)大； 變壓器電流含有直流成分，容易飽和。故半波整流 只用在要求不高，輸出電流較小的場(chǎng)合。,18.1.2 單相橋式整流電路,2. 工作原理,u 正半周，VaVb，二極管 D1、 D3 導(dǎo)通， D2、 D4 截止 。,3. 工作波形,uD2uD4,1. 電路結(jié)構(gòu),18.1.2 單相橋式整流電路,2. 工作原理,3. 工作波形,uD2uD4,1. 電路結(jié)構(gòu),u 正半周，VaVb，二極 管 1、3 導(dǎo)通，2、4 截止 。,u 負(fù)半周，VaVb，二極 管 2、4 導(dǎo)通，1、3 截止 。,uD1uD3,4. 參數(shù)計(jì)算,(1) 整流電壓平均值 Uo,(2) 整流電流平均值 Io,(3) 流過(guò)每管電流平均值 ID,(4) 每管承受的最高反向電壓 UDRM,(5) 變壓器副邊電流有效值 I,(1) 輸出直流電壓高； (2) 脈動(dòng)較?。?(3) 二極管承受的最大反向電壓較低； (4) 電源變壓器得到充分利用。,目前，半導(dǎo)體器件廠已將整流二極管封裝在一起，制成單相及三相整流橋模塊，這些模塊只有輸入交流和輸出直流引線。減少接線，提高了可靠性，使用起來(lái)非常方便。,橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)：,解：變壓器副邊電壓有效值,例1：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐?，已知交流電網(wǎng)電壓為 220V，負(fù)載電阻 RL = 50，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。,流過(guò)每只二極管電流平均值,每只二極管承受的最高反向電壓,整流電流的平均值,考慮到變壓器副繞組及二極管上的壓降，變壓器副邊電壓一般應(yīng)高出 5%10%，即取,U = 1.1 111 122 V,例1：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐罚阎涣麟娋W(wǎng)電壓為 220 V，負(fù)載電阻 RL = 50，負(fù)載電壓Uo=100V， 試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。,I = 1.11 Io= 2 1.11 = 2. 2 A,變壓器副邊電流有效值,變壓器容量 S = U I = 122 2.2 = 207. 8 V A,變壓器副邊電壓 U 122 V,可選用二極管2CZ11C，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。,例2：,試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2 或D4 斷開(kāi)時(shí)負(fù)載電壓的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？如果D2 或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？,解：當(dāng)D2或D4斷開(kāi)后 電路為單相半波整流電路。正半周時(shí)，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流過(guò)，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時(shí)，D1和D3截止，負(fù)載中無(wú)電流通過(guò)，負(fù)載兩端無(wú)電壓， uo =0。,如果D2或D4接反 則正半周時(shí)，二極管D1、D4或D2、D3導(dǎo)通，電流經(jīng)D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。,如果D2或D4因擊穿燒壞而短路 則正半周時(shí)，情況與D2或D4接反類(lèi)似，電源及D1或D3也將因電流過(guò)大而燒壞。,18.1.3 三相橋式整流電路,2. 工作原理,在每一瞬間 共陰極組中陽(yáng)極電位最高的二極管導(dǎo)通； 共陽(yáng)極組中陰極電位最低的二極管導(dǎo)通。,1. 電路,三相變壓器原繞組接成三角形，副繞組接成星形,共陽(yáng)極組,共陰極組,在 t1 t2 期間 共陰極組中a點(diǎn)電位最高，D1 導(dǎo)通； 共陽(yáng)極組中b點(diǎn)電位最低，D4 導(dǎo)通。,負(fù)載兩端的電壓為線電壓uab。,負(fù)載電壓,2. 工作原理,變壓器副邊電壓,在 t2 t3 期間 共陰極組中a點(diǎn)電位最高，D1 導(dǎo)通； 共陽(yáng)極組中c點(diǎn)電位最低，D6 導(dǎo)通。,負(fù)載兩端的電壓為線電壓uaC。,負(fù)載電壓,2. 工作原理,變壓器副邊電壓,在 t3 t4 期間 共陰極組中b點(diǎn)電位最高，D3 導(dǎo)通； 共陽(yáng)極組中c點(diǎn)電位最低，D6 導(dǎo)通。,負(fù)載兩端的電壓為線電壓ubC。,負(fù)載電壓,2. 工作原理,變壓器副邊電壓,在 t4 t5 期間 共陰極組中b點(diǎn)電位最高，D3 導(dǎo)通； 共陽(yáng)極組中a點(diǎn)電位最低，D2 導(dǎo)通。,負(fù)載兩端的電壓為線電壓uba。,負(fù)載電壓,2. 工作原理,變壓器副邊電壓,2. 工作原理,結(jié)論： 在一個(gè)周期中，每個(gè)二極管只有三分之一的時(shí)間導(dǎo)通（導(dǎo)通角為120）。,變壓器副邊電壓,負(fù)載電壓,負(fù)載兩端的電壓為線電壓。,3. 參數(shù)計(jì)算,(1) 整流電壓平均值 Uo,(2) 整流電流平均值 Io,(3) 流過(guò)每管電流平均值 ID,(4) 每管承受的最高反向電壓 UDRM,18.2 濾波器,交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成份又有交流成份。 濾波原理：濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過(guò)電感中的電流)不能突變的特性, 濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。 方法：將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))。,18.2.1 電容濾波器 1. 電路結(jié)構(gòu),2. 工作原理,u uC時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時(shí)也給電容充電， uC 增加，uo= uC 。,u uC時(shí)，二極管截止，電容通過(guò)負(fù)載RL 放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降， uo= uC 。,= uC,3. 工作波形,二極管承受的最高反向電壓為 。,4. 電容濾波電路的特點(diǎn),(T 電源電壓的周期),(1) 輸出電壓的脈動(dòng)程度與平均值Uo與放電時(shí)間 常數(shù)RLC有關(guān)。,RLC 越大 電容器放電越慢 輸出電壓的平均值Uo 越大，波形越平滑。,近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 橋式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）,當(dāng)負(fù)載RL 開(kāi)路時(shí)，UO ,為了得到比較平直的輸出電壓,(2) 外特性曲線,有電容濾波,1.4U,結(jié)論,采用電容濾波時(shí)，輸出電壓受負(fù)載變化影響較大，即帶負(fù)載能力較差。 因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場(chǎng)合。,(3) 流過(guò)二極管的瞬時(shí)電流很大,選管時(shí)一般?。?IOM =2 ID,RLC 越大O 越高，IO 越大整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短 iD 的峰值電流越大。,例：,有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率 f=50Hz，負(fù)載電阻 RL = 200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。,流過(guò)二極管的電流,二極管承受的最高反向電壓,變壓器副邊電壓的有效值,解：1. 選擇整流二極管,可選用二極管2CP11,IOM =100mA URWM =50V,例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率 f=50Hz，負(fù)載電阻 RL = 200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。,取 RLC = 5 T/2,已知RL = 50,解：2. 選擇濾波電容器,可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器,18.2.2 電感電容濾波器,1. 電路結(jié)構(gòu),2. 濾波原理,對(duì)直流分量: XL=0 ，L相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對(duì)諧波分量: f 越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負(fù)載上得到比較平滑的直流電壓。,當(dāng)流過(guò)電感的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生自感電勢(shì)阻礙電流的變化,使負(fù)載電流和電壓的脈動(dòng)減小。,LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合，用于高頻時(shí)更為合適。,18.2.3 形濾波器, 形 LC 濾波器,濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。,比 形 LC 濾波器的體積小、成本低。, 形 RC 濾波器,R 愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R 大將使直流壓降增加，主要適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合。,交直流收擴(kuò)兩用機(jī)電源,如圖電源輸出電壓為24V, 電流為1.8A。變壓器副繞組N3 的電壓約為20V, C2起抑制高頻干擾作用；副繞組N2的電壓為5.5V，供照明指示燈用。直流 24V電池的極性可任意接入。,18.3 直流穩(wěn)壓電源,穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓器）是為電路或負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出電壓的一種電子設(shè)備。 穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小基本上與電網(wǎng)電壓、負(fù)載及環(huán)境溫度的變化無(wú)關(guān)。理想的穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實(shí)際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)阻越小，穩(wěn)壓性能越好。 穩(wěn)壓電路是整個(gè)電子系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，也可以是一個(gè)獨(dú)立的電子部件。,18.3.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,2. 工作原理,UO = UZ IR = IO + IZ,RL(IO) IR ,設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化, UO (UZ ) , IZ,1. 電路,限流調(diào)壓,穩(wěn)壓電路,18.3.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,2. 工作原理,UO = UZ IR = IO + IZ,UI UZ ,設(shè)負(fù)載RL一定， UI 變化, IZ , IR ,1. 電路,3. 參數(shù)的選擇,(1) UZ = UO (2) IZM= (1.5 3) ICM (3) UI = (2 3) UO,(4),為保證穩(wěn)壓 管安全工作,為保證穩(wěn)壓 管正常工作,適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。,18.3.2 恒壓源,由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運(yùn)算放大器可組成恒壓源。,反相輸入恒壓源,同相輸入恒壓源,改變 RF 即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓。,18.3.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,1. 電路結(jié)構(gòu),串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。,調(diào)整元件,比較放大,基準(zhǔn)電壓,取樣電路,當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓UO 升高時(shí)，有如下穩(wěn)壓過(guò)程：,2. 穩(wěn)壓過(guò)程,由電路圖可知,UO,Uf ,UB ,UO,IC ,UCE ,由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱(chēng)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。,3. 輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍,輸出電壓,18.3.4 集成穩(wěn)壓電源,單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。 最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱(chēng)之為三端集成穩(wěn)壓器。,1. 分類(lèi),XX兩位數(shù)字為輸出電壓值,（1. 25 37 V 連續(xù)可調(diào)）,2. 外形及引腳功能,W7800系列穩(wěn)壓器外形,W7900系列穩(wěn)壓器外形,塑料封裝,3. 性能特點(diǎn)（7800、7900系列）,輸出電流超過(guò) 1. 5 A（加散熱器） 不需要外接元件 內(nèi)部有過(guò)熱保護(hù) 內(nèi)部有過(guò)流保護(hù) 調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù) 輸出電壓容差為 4%,輸出電壓額定值有: 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等 。,4. 主要參數(shù),(1) 電壓調(diào)整率SU(穩(wěn)壓系數(shù)) 反映當(dāng)負(fù)載電流和環(huán)境溫度不變時(shí)，電網(wǎng)電壓波 動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。,(2) 電流調(diào)整率SI 反映當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度不變時(shí)，輸出電流變化時(shí)輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓電路的帶負(fù)載能力。,0.0050.02%,0.11.0%,(3) 輸出電壓 UO,(6) 最大輸入電壓 UiM,(7) 最大功耗 PM,(4) 最大輸出電流 IOM,(5) 最小輸入、輸出電壓差 (Ui -UO ) min,輸出為固定正電壓時(shí)的接法如圖所示。,(1) 輸出為固定電壓的電路,輸入與輸出之間的電壓不得低于3V！,5. 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用,0.11F,1F,為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流 時(shí)，不致引起輸出電壓 有較大的波動(dòng)。即用來(lái) 改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。,用來(lái)抵消輸入端接線 較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)， 防