《電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)》第7章-直流穩(wěn)壓電源

1、第第7章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源7.2 濾波器濾波器7.3 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源7.1 整流電路整流電路7.4 晶閘管及整流電路晶閘管及整流電路本章要求：本章要求：1. 理解單相整流電路和濾波理解單相整流電路和濾波電路電路的工作原理及的工作原理及 參數(shù)的計(jì)算參數(shù)的計(jì)算;2. 了解穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工了解穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作作 原理原理;3. 了解集成穩(wěn)壓電路的性能及應(yīng)用。了解集成穩(wěn)壓電路的性能及應(yīng)用。第第7章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源第第7章直流穩(wěn)壓電源章直流穩(wěn)壓電源小功率直流穩(wěn)壓電源的組成小功率直流穩(wěn)壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適功能：

2、把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適 的直流電壓。的直流電壓。u4uou3u2u1交流電源交流電源負(fù)載負(fù)載變壓變壓整流整流濾波濾波穩(wěn)壓穩(wěn)壓7.1 整流電路整流電路整流電路的作用整流電路的作用: 將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。 常見的整流電路：常見的整流電路： 半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。等。分析時(shí)可把二極管當(dāng)作理想元件處理：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?，反向電阻為無窮大。二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。整流原理：整流原理： 利用二極管的單向?qū)щ娦岳枚O管的單向?qū)щ?/p>

3、性t uDO7.1.1 單相半波整流電路單相半波整流電路2. 工作原理工作原理 u2 正半周，正半周，UaUb，二極管二極管D導(dǎo)通；導(dǎo)通；3. 工作波形工作波形 u2 負(fù)半周，負(fù)半周，UaUb，二極管二極管 D1、 D3 導(dǎo)通，導(dǎo)通， D2、 D4 截止截止 。3. 工作波形工作波形uD2uD41. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) uouD t tRLu2iouo1234ab+ + 動畫動畫u2t 22U22U22 U3. 參數(shù)計(jì)算參數(shù)計(jì)算2oo0.9LLUUIRRo21DII DRM22UUo11. 1 d) sin(2122mIttII ) d( sin21ttU 20.9UoU (1) 輸出直流電壓高

4、；輸出直流電壓高； (2) 脈動較?。幻}動較小； (3) 二極管承受的最大反向電壓較低；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。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，提高了可靠出直流引線。減少接線，提高了可靠性，使用起來非常方便。性，使用起來非常方便。例例1：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為 220 V，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 RL =

5、50 ，負(fù)載電壓，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。81122220 .K 變比變比 I = 1.11 Io= 2 1.11 = 2. 2 A S = U I = 122 2.2 = 207. 8 V A變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓 U 122 V A1D IV 172DRM U 可選用二極管可選用二極管2CZ11C，其最大整流電流為，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為反向工作峰值電壓為300V。uo+_u2+_RLD2D4 D1D3當(dāng)當(dāng)D2或或D4斷開后斷開后 電路為單相半波整流電路。正半周時(shí)，電路為單相半波整流電路。正

6、半周時(shí)，D1和和D3導(dǎo)導(dǎo)通，負(fù)載中有電流通，負(fù)載中有電流過，負(fù)載電壓過，負(fù)載電壓uo o= =u2；負(fù)半周時(shí)，；負(fù)半周時(shí)，D1和和D3截止，負(fù)載中無電流通截止，負(fù)載中無電流通過，負(fù)載兩端無電壓，過，負(fù)載兩端無電壓， uo o =0=0。 uo u2 2 34tt234oo 則正半周時(shí)，二極管則正半周時(shí)，二極管D1、D4或或D2、D3導(dǎo)通，電流導(dǎo)通，電流經(jīng)經(jīng)D1、D4或或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及此變壓器及D1、D4或或D2、D3將被燒壞。將被燒壞。 則正半周時(shí)，情況與則正半周時(shí)，情況與D2或或D4接反類似，電源及接反類似，電源及D1或或D3也將

7、因電流過大而燒壞。也將因電流過大而燒壞。uo+_+u2RLD2D4 D1 D3_ 交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成份又有交流成份。其中既有直流成份又有交流成份。濾波電路利用儲能元件電容兩端的電濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓壓(或通過電感中的電流或通過電感中的電流)不能突變的特性不能突變的特性, 濾掉整流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)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。到平滑輸出電壓波形的目的。 方法：將電容與負(fù)載方法：將電容與負(fù)載RL并聯(lián)并聯(lián)( (或?qū)㈦姼信c負(fù)載或?qū)㈦姼?/p>

8、與負(fù)載RL串串聯(lián)聯(lián)) )。 u2 uC時(shí)，二極管導(dǎo)通，時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載電源在給負(fù)載RL供電的供電的同時(shí)也給電容充電，同時(shí)也給電容充電， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +aDuou2bRLio= uC 二極管承受的最高反向電壓為二極管承受的最高反向電壓為 。DRM22 2UU動畫動畫uo22U22Uu2 tO tO25)(3LTCR 一般取一般取(1) (1) 輸出電壓的脈動程度與平均值輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時(shí)間與放電時(shí)間 常數(shù)常數(shù)RLC有關(guān)。有關(guān)。 近似估算?。航乒浪闳。?Uo = 1. 2 U2 ( 橋式、全波）橋式、全波） Uo = 1.

9、0 U2 （半波）（半波）22U 為了得到比較平直的輸出電壓為了得到比較平直的輸出電壓有電容有電容濾波濾波 無電容濾波無電容濾波0 UooIO 結(jié)論結(jié)論 因此電容濾波適合于要求因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場合。小且負(fù)載變化較小的場合。 RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越越大大整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短 iD 的峰值電流越大。的峰值電流越大。iD tuo22U tOO例：例： 有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率率 f=50Hz，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 RL = 200

10、，要求直流輸出電，要求直流輸出電壓壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。，選擇整流二極管及濾波電容器。DRM222 25 35 VUU A075020030212121LOOD.RUII uRLuo+C解：解：O230 25V1.21.2UU 可選用二極管可選用二極管2CP11IOM =100mA UDRM =50V 例：例： 有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率率 f=50Hz，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 RL = 200 ，要求直流輸出電，要求直流輸出電壓壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。，選擇整流二極管及濾波電容器。取取 RLC =

11、5 T/2已知已知RL = 50 S 05. 025015L CR uRLuo+C解：解：2. 選擇濾波電容器選擇濾波電容器F250F102502000.05 0506L R.C可選用可選用C=250 F，耐壓為，耐壓為50V的極性電容器的極性電容器L u2RLuo+C 濾波效果比濾波效果比LC濾波器更好，濾波器更好，但二極管的沖但二極管的沖擊電流較大。擊電流較大。 比比 形形 LC 濾波器的體積濾波器的體積小、成本低。小、成本低。L u2RLuo+C2+C1R u2RLu+C2+C1 N1N3C20.047 FD2D3D4D12CZ12A4N2FU23A2000 F/50V+C124VFU1

12、1A直流直流24V交流交流220V交直流收擴(kuò)兩用機(jī)電源交直流收擴(kuò)兩用機(jī)電源UO = UZ IR = IO + IZUIUZRL (IO ) IR 設(shè)設(shè)UI一定，負(fù)載一定，負(fù)載RL變化變化UO 基本不變基本不變 IR (IRR) 基本不變基本不變 UO (UZ ) IZ +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流調(diào)壓限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路UO = UZ IR = IO + IZUIUZUI UZ UO 基本不變基本不變 IRR IZ IR +UIRL+CIOUO+u2IRRDZIzZMOOIMmin IIRUU (1) UZ = UO(2) IZM= (1.5 3) ICM(3) UI =

13、(2 3) UO(4) RIIUU ominZMOIM OMZOImin IIUU ZIIRUU OMOImin 由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運(yùn)算放大器可組成恒壓源。由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運(yùn)算放大器可組成恒壓源。UZRFR2R1+ RL+UZRDZ+UUORFR2R1+ +RLRDZ+UZ+U反相輸入恒壓源反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源同相輸入恒壓源ZFO1URRU ZFO)(11URRU 改變改變 RF 即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓。即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓。UiTR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和

14、調(diào)整元件四部分組成。路和調(diào)整元件四部分組成。調(diào)整調(diào)整元件元件比較比較放大放大基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓取樣取樣電路電路 當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓壓UO 升高時(shí)，有如下穩(wěn)壓過程：升高時(shí)，有如下穩(wěn)壓過程：O2121fURRRRUU ZUU )(fZuoBUUAU UO Uf UB UO IC UCE 由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。壓電路。UITR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R Z211BO)(1URRRUU UiTR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R

15、 單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小, ,可靠性高可靠性高, ,使使用靈活用靈活, ,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。1. 分類分類兩位數(shù)字為輸出電壓值兩位數(shù)字為輸出電壓值三三端端穩(wěn)穩(wěn)壓壓器器輸出固定電壓輸出固定電壓輸出正電壓輸出正電壓78XX 輸出負(fù)電壓輸出負(fù)電壓79XX （1. 25 37 V 連續(xù)可調(diào)）連續(xù)可調(diào)）W7800系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形1輸入端輸入端3 公共端公共端2 輸出端輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形

16、系列穩(wěn)壓器外形1 公共端公共端3輸入端輸入端2 輸出端輸出端79xx 輸出電流超過輸出電流超過 1. 5 A（加散熱器）（加散熱器） 不需要外接元件不需要外接元件 內(nèi)部有過熱保護(hù)內(nèi)部有過熱保護(hù) 內(nèi)部有過流保護(hù)內(nèi)部有過流保護(hù) 調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù)調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù) 輸出電壓容差為輸出電壓容差為 4% 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等等 。 ( 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)電壓波動對穩(wěn)壓電路的影響。動對穩(wěn)壓電路的影響。0 0 o 100oo TIIU% UUUS ( 反映當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度不變時(shí)，輸出電流變反

17、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。能力。00ooI %100 I T UUUS 0.0050.02% 0.11.0%(3) 輸出電壓輸出電壓 UO (6) 最大輸入電壓最大輸入電壓 UiM (7) 最大功耗最大功耗 PM OMOIMM)(IUUP (4) 最大輸出電流最大輸出電流 IOM (5) 最小輸入、輸出電壓差最小輸入、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。輸出為固定正電壓時(shí)的接法如圖所示。COW7805CiUi+_+_UO123 0.11 F1 F

18、23220V 24V+C 24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO 15V1 F1 F0.33 F0.33 F1000 F1000 F COW78XXCiUI+_+_UO123UXXUZRDZ+_+_IO= I2 + IC 當(dāng)當(dāng) IO較小時(shí)，較小時(shí)，UR較小，較小，T截止截止 ，IC=0。COW78XXCiUI+_+_UO123RURICI2IOT+ R 可由功率管可由功率管 T的的UBE和穩(wěn)壓器的和穩(wěn)壓器的IOM確定確定, 即即R UBE /IOM 。)V1(25112ORR.U 流過調(diào)整端電流流過調(diào)整端電流 IG1 IG0 UBRIFUBOIHoUIIG0IG1IG2

19、正向平均電流正向平均電流)(曲曲線線UfI UFRM:晶閘管晶閘管控制極開路且正向阻斷情況下控制極開路且正向阻斷情況下, ,允允許重復(fù)加在許重復(fù)加在晶閘管晶閘管兩端的正向峰值電壓。兩端的正向峰值電壓。一般取一般取UFRM = = 80% UB0 。普通普通晶閘管晶閘管 UFRM 為為100V 3000V控制極開路時(shí)控制極開路時(shí), ,允許重復(fù)作用在允許重復(fù)作用在晶閘管晶閘管元元 件上的反向峰值電壓。件上的反向峰值電壓。一般取一般取 URRM = 80% UBR 普通普通晶閘管晶閘管 URRM為為100V3000VURRM：)(sin21m0mFIttdII 環(huán)境溫度為環(huán)境溫度為4040 C C及

20、及標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，晶閘晶閘管處于管處于全導(dǎo)通時(shí)全導(dǎo)通時(shí)可以連續(xù)通過的工頻正弦可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流的平均值。半波電流的平均值。 IF t 2 i如果正弦半波電流的最大值為如果正弦半波電流的最大值為Im, 則則普通晶閘管普通晶閘管IF為為1A 1000A。額定電壓額定電壓, ,用百位或千位數(shù)表示用百位或千位數(shù)表示取取UFRM或或URRM較小者較小者額定正向平均電流額定正向平均電流( (IF) 晶閘管晶閘管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示額定正向平均電流為額定正向平均電流為5A, ,額定電壓為額定電壓為700V。(1) 電路電路。uuu To, 0。0,To uuu

21、+T t1 2 。uu,u T 0o:1t 。0,To uuu tuO晶晶閘閘管管不不導(dǎo)導(dǎo)通通。,0,0g1 ut t 。uuu To, 0gu tO tOuO 控制角控制角 t1 tuO tguO t22 tTuO導(dǎo)通角導(dǎo)通角 tuUd21O )d(sin221ttU 2cos145. 0LLOO RURUI2cos145. 0 U +TLeL tguO tTuO tOuO t1 tuO t22 +LTD+(1) 電路電路iL tOu tuO tTuO 2 tguOaRLD2T1b+T1T2RLuoD1D2+T1T2RLuoD1D2+bRLD1T2a tOu tuO tT1uO2 tguO

22、tuUd1O )d(sin21ttUU 2cos19 . 0LO RURUI2cos19 . 0 U兩種常用可控整流電路兩種常用可控整流電路電路電路特點(diǎn)特點(diǎn)該電路只用一只晶閘管，且其上該電路只用一只晶閘管，且其上 無反向電壓。無反向電壓。2. 晶閘管和負(fù)載上的電流相同。晶閘管和負(fù)載上的電流相同。(1)uTD2D4u0RL+-+-電路電路特點(diǎn)特點(diǎn) 1. 該電路接入電感性負(fù)載時(shí)，該電路接入電感性負(fù)載時(shí)，D1、D2 便起便起 續(xù)流二極管作用。續(xù)流二極管作用。(2)動畫動畫2. 由于由于T1的陽極和的陽極和T2的陰極相連，兩管控的陰極相連，兩管控 制極必須加獨(dú)立的觸發(fā)信號。制極必須加獨(dú)立的觸發(fā)信號。T

23、1T2D1D2uuORL+-+-動畫動畫u2a2 u2bu2ct1t2ut o ，一旦發(fā)生過，一旦發(fā)生過電流時(shí)，溫度急劇上升，可能將電流時(shí)，溫度急劇上升，可能將PNPN結(jié)燒壞，造成元結(jié)燒壞，造成元件內(nèi)部短路或開路。例如一只件內(nèi)部短路或開路。例如一只100A的晶閘管過電流的晶閘管過電流為為400A400A時(shí)，僅允許持續(xù)時(shí)，僅允許持續(xù)0.020.02秒，否則將因過熱而損秒，否則將因過熱而損壞；壞； 電壓超過其反電壓超過其反向擊穿電壓時(shí)，即使時(shí)間極短，也容易損壞。若正向擊穿電壓時(shí)，即使時(shí)間極短，也容易損壞。若正向電壓超過轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，則晶閘管誤導(dǎo)通，導(dǎo)通后向電壓超過轉(zhuǎn)折電壓時(shí)，則晶閘管誤導(dǎo)通，導(dǎo)通后的電流較大，使器件受損。的電流較大，使器件受損。與晶閘與晶閘管串聯(lián)管串聯(lián)接在接在輸入輸入端端接在接在輸出輸出端端 RCRC 硒堆保護(hù)硒堆保護(hù)(硒整流片硒整流片)晶閘管元件晶閘管元件的阻容保護(hù)的阻容保護(hù)NPPN結(jié)結(jié)N型硅片型硅片2B1B1BBB1BRRRUU BBBBBB1BUUR