電工電子直流穩(wěn)壓電源課件8

1、電力電子技術(shù)電力電子技術(shù) 第第8 8章章8.1 8.1 半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源第第8 8章章 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)8.1.3 8.1.3 穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路電路8.1.1 8.1.1 整流整流電路電路8.1.2 8.1.2 濾波濾波電路電路l掌握直流穩(wěn)壓電源基本組成及各部分的作用。掌握直流穩(wěn)壓電源基本組成及各部分的作用。l掌握兩種整流電路：半波和橋式整流電路的電路掌握兩種整流電路：半波和橋式整流電路的電路結(jié)結(jié) 構(gòu)、工作原理及器件參數(shù)的選取。構(gòu)、工作原理及器件參數(shù)的選取。l掌握各種濾波電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)。掌握各種濾波電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)。l掌握穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組

2、成和工作原理。掌握穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成和工作原理。l了解串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓電路的工作原理。了解串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓電路的工作原理。l了解開關(guān)型穩(wěn)壓電源。了解開關(guān)型穩(wěn)壓電源。l了解晶閘管可控整流和交流調(diào)壓電路。了解晶閘管可控整流和交流調(diào)壓電路。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 電源變壓器電源變壓器: : 將交流電網(wǎng)電壓將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓變?yōu)楹线m的交流電壓u2。 整流電路整流電路: : 將交流電壓將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。 濾波電路濾波電路: : 將脈動(dòng)直流電壓將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷鹤優(yōu)槠交闹绷麟妷簎4。 穩(wěn)穩(wěn)壓電路壓電路: : 在電網(wǎng)

3、電壓波動(dòng)及負(fù)載變化時(shí)在電網(wǎng)電壓波動(dòng)及負(fù)載變化時(shí), ,保持輸出電壓保持輸出電壓u0穩(wěn)定。穩(wěn)定。8.1 8.1 半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源半導(dǎo)體直流穩(wěn)壓電源整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路變壓器變壓器u1u2u3u4uo變壓器變壓器整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路整流電路的任務(wù)整流電路的任務(wù)是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)閱问前呀涣麟妷恨D(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)的直流電壓。常見的小功率整流電路向脈動(dòng)的直流電壓。常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式整流等。，有單相半波、全波、橋式整流等。為分析簡單起見，我們把二極管當(dāng)作理為分析簡單起見，我們把二極管當(dāng)作理想元

4、件處理，即想元件處理，即加正向電壓導(dǎo)通，且正向?qū)Ъ诱螂妷簩?dǎo)通，且正向?qū)娮铻榱悖ㄏ喈?dāng)于短路），加反向電壓截通電阻為零（相當(dāng)于短路），加反向電壓截止，且反向電阻為無窮大（相當(dāng)于開路）。止，且反向電阻為無窮大（相當(dāng)于開路）。8.1.1 8.1.1 整流電路整流電路1. 1. 單相半波整流電路單相半波整流電路1 1）電路）電路u1u2TrVDRLu0Tr：整流變壓器整流變壓器1122UNNU VD：理想二極管理想二極管UD 0，VD導(dǎo)通；導(dǎo)通；UD=0，I取決于外電路；取決于外電路；UD 0，VD截止；截止； I =0，UD （負(fù)值）取決于負(fù)值）取決于外電路。外電路。RL：負(fù)載電阻負(fù)載電阻u1，

5、 u2 ：正弦波正弦波u20時(shí)，二極管導(dǎo)通，時(shí)，二極管導(dǎo)通，2 2）工作原理）工作原理u20，D1，D3通，通， D2，D4止；止；u2 uo，D1、D3通通，C充電充電 C放電放電，指數(shù)規(guī)律，指數(shù)規(guī)律，快快！u2 uo，D1、D3仍導(dǎo)通仍導(dǎo)通uo正弦規(guī)律正弦規(guī)律uo仍為正弦規(guī)律仍為正弦規(guī)律 t2t1C放電，指數(shù)規(guī)律放電，指數(shù)規(guī)律慢慢！ uc u2，D1、D3截止，截止， uo指數(shù)規(guī)律指數(shù)規(guī)律有電容時(shí)的有電容時(shí)的輸出波形輸出波形 t1 /2u2正弦規(guī)律，正弦規(guī)律， 慢慢！u1u2u1abD4D2D1D3RLu0Cu2tu0t有電容時(shí)的有電容時(shí)的輸出波形輸出波形半波整流電容濾波時(shí)半波整流電容濾波

6、時(shí)沒有電容時(shí)沒有電容時(shí)的輸出波形的輸出波形u0tu2tu2 uo時(shí)充電，在時(shí)充電，在u2 uo時(shí)放電。時(shí)放電。橋式整橋式整流電容濾波時(shí)，每個(gè)周期充、放電兩次；半波整流流電容濾波時(shí)，每個(gè)周期充、放電兩次；半波整流電容濾波時(shí)，每個(gè)周期充、放電一次；電容濾波時(shí)，每個(gè)周期充、放電一次；輸出電壓的平滑程度和平均值與電容的放輸出電壓的平滑程度和平均值與電容的放電時(shí)間常數(shù)電時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)。有關(guān)。 RLC越小，輸出電越小，輸出電壓越低，輸出電壓中含紋波成分越大。壓越低，輸出電壓中含紋波成分越大。RLC大大RLC小小UOUO若空載（若空載（RL開路），輸出波形如何？開路），輸出波形如何？3 3）濾波電容的選

7、擇與輸出電壓的估算）濾波電容的選擇與輸出電壓的估算 C容量選擇：容量選擇：2)53(TCRL T：交流電壓：交流電壓的周期的周期 C耐壓選擇：耐壓選擇：C耐壓耐壓oU2 輸出電壓的估算：輸出電壓的估算：半波整流電容濾波半波整流電容濾波: :橋式整流電容濾波橋式整流電容濾波: :202 . 1 UU 20UU RLC愈大愈大電容器放電愈慢電容器放電愈慢U0( (平均值平均值) )愈大。愈大。4 4） 電容濾波電路的特點(diǎn)電容濾波電路的特點(diǎn) 電路簡單，波形平滑；電路簡單，波形平滑； 輸出電壓平均值提高大；輸出電壓平均值提高大； 整整流二極管導(dǎo)通時(shí)間短，峰值電流大；流二極管導(dǎo)通時(shí)間短，峰值電流大；u0

8、t整流電路的整流電路的輸出電流輸出電流 輸出特性（外特性）較差；輸出特性（外特性）較差；輸出波形隨負(fù)載電阻輸出波形隨負(fù)載電阻RL或或C的變化而改變的變化而改變, ,U0也隨也隨之改變。如之改變。如:RL愈小愈小(I0越大越大), ),U0下降多。下降多。電容濾波電路適用于輸出電壓較高電容濾波電路適用于輸出電壓較高, ,負(fù)載電負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。輸出特性輸出特性( (外特性外特性): ):uO電容電容濾波濾波純電阻負(fù)載純電阻負(fù)載1.4U20.9U20IO負(fù)載開路負(fù)載開路時(shí)的輸出時(shí)的輸出電壓電壓2. 2. 電感濾波電路電感濾波電路在橋式整流電路與負(fù)載間在橋

9、式整流電路與負(fù)載間串入一電感串入一電感L，就構(gòu)成了電感濾波電路。就構(gòu)成了電感濾波電路。u2u1RLLu01 1）電路）電路 對(duì)直流分量對(duì)直流分量( f=0)：XL=0 相當(dāng)于短路相當(dāng)于短路, ,電壓大部分電壓大部分降在降在RL上。對(duì)諧波分量：上。對(duì)諧波分量： f 越高越高, ,XL越大越大, ,電壓大部分電壓大部分降在降在XL上。上。因此因此, ,在輸出端得到比較平滑的直流電壓。在輸出端得到比較平滑的直流電壓。2 2）濾波原理）濾波原理u2u1RLLu0 整流輸出的脈動(dòng)電壓中既含直流分量整流輸出的脈動(dòng)電壓中既含直流分量( f=0) ，也含各次諧波分量（不同頻率的交流分量）。也含各次諧波分量（不

10、同頻率的交流分量）。209 . 0 UU 3 3） 電感濾波的特點(diǎn)電感濾波的特點(diǎn): : 整流管導(dǎo)電角較大整流管導(dǎo)電角較大, ,峰值電流很小峰值電流很小, ,輸出特性比輸出特性比 較平坦較平坦, ,適用于低電壓大電流適用于低電壓大電流( (RL較小較小) )的場(chǎng)合的場(chǎng)合。電感鐵芯笨重電感鐵芯笨重, ,體積大體積大, ,易引起電磁干擾。易引起電磁干擾。若在電感濾波器后再加一電容濾波，若在電感濾波器后再加一電容濾波，則構(gòu)成了則構(gòu)成了LC濾波器，濾波效果更好。濾波器，濾波效果更好。LC濾波器濾波器LC濾波電路濾波電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)u2u1RLLu0C其濾波原理及應(yīng)用場(chǎng)其濾波原理及應(yīng)用場(chǎng)合與電感濾波相

11、似合與電感濾波相似 1） LC 型型濾波器濾波器LC 型型濾波電路濾波電路電路電路同電感濾波電路。同電感濾波電路。3. 3. 型型濾波電路濾波電路濾波原理及應(yīng)用場(chǎng)合濾波原理及應(yīng)用場(chǎng)合u2u1RLLu0C2C1為了改善濾波特性，可采取多級(jí)濾波的辦法為了改善濾波特性，可采取多級(jí)濾波的辦法, , 如在電容濾如在電容濾波后再接一級(jí)（波后再接一級(jí)（ LC 或或RC）濾波電路，從而構(gòu)成（濾波電路，從而構(gòu)成（ LC 或或RC）- - 型濾波電路。型濾波電路。2） RC- 濾波濾波RC- - u0Ru2u1C1C2RL電路電路濾波原理濾波原理橋式整流電路輸出的直流脈動(dòng)電壓經(jīng)橋式整流電路輸出的直流脈動(dòng)電壓經(jīng)C1

12、濾波后，仍含濾波后，仍含有一定的紋波成分，再經(jīng)有一定的紋波成分，再經(jīng)R和和C2使其中的交流分量較多使其中的交流分量較多地降在電阻兩端（因?yàn)殡娙莸亟翟陔娮鑳啥耍ㄒ驗(yàn)殡娙軨2的交流阻抗很?。?，而的交流阻抗很?。^少地降在負(fù)載上，從而有較好的濾波效果。較少地降在負(fù)載上，從而有較好的濾波效果。特點(diǎn)特點(diǎn) 電阻上有直流壓降損失；電阻上有直流壓降損失； 適用于負(fù)載電流較小，又要求輸出電壓適用于負(fù)載電流較小，又要求輸出電壓脈脈 動(dòng)很小的場(chǎng)合。動(dòng)很小的場(chǎng)合。 濾波效果好，脈動(dòng)分量??；濾波效果好，脈動(dòng)分量小；8.1.3 8.1.3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路（小功率）（小功率）穩(wěn)壓管穩(wěn)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓

13、電路壓電路集成穩(wěn)集成穩(wěn)壓電路壓電路電路簡單，帶負(fù)載電路簡單，帶負(fù)載能力差，一般只提能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓。供基準(zhǔn)電壓。電路簡單，帶負(fù)載電路簡單，帶負(fù)載能力較強(qiáng)，作為電能力較強(qiáng)，作為電源使用。源使用。1. 1. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1 1）電路）電路穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 R：調(diào)整電阻調(diào)整電阻 DZ ：穩(wěn)壓管與負(fù)載電阻穩(wěn)壓管與負(fù)載電阻RL并聯(lián)并聯(lián)ZOUU RIZOUUUU u2u1RLuOCVDZuZuIRuRLDRIIIZ u2t0tuIuOt2 2）工作原理）工作原理UI UO = UZ IZ UR UO = uI - uRUZ當(dāng)電源電壓波動(dòng)引起輸出變當(dāng)電源電壓波動(dòng)引起輸出變化時(shí)，調(diào)整

14、過程如下：化時(shí)，調(diào)整過程如下：請(qǐng)自行分析電源請(qǐng)自行分析電源電壓下降時(shí)的調(diào)電壓下降時(shí)的調(diào)整過程。整過程。3 3）穩(wěn)壓管的選擇）穩(wěn)壓管的選擇OZUU maxminZZZIII OIUU)32( R2. 2. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)集成穩(wěn)壓器的基礎(chǔ)1 1）電路結(jié)構(gòu)）電路結(jié)構(gòu)UIUO調(diào)整調(diào)整取取樣樣比較放大比較放大基準(zhǔn)基準(zhǔn)UBUfUZUOUCEUIRLR1R2+RT串聯(lián)式穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取串聯(lián)式穩(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。樣電路和調(diào)整元件四部分組成。 基準(zhǔn)電壓部分：基準(zhǔn)電壓部分：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路；穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路；2 2）工作原理）工作原

15、理ofURRRU212 取樣部分：取樣部分：R1，R2串聯(lián)，取串聯(lián)，取出輸出電壓的一部分；出輸出電壓的一部分；ZU比較放大器比較放大器，運(yùn)放組成差動(dòng)，運(yùn)放組成差動(dòng)放大，放大放大，放大UZ，Uf 的差的差；調(diào)整調(diào)整部分：部分：T，與負(fù)載串聯(lián)。與負(fù)載串聯(lián)。)(0fZUBUUAU CEIoUUU R1：串聯(lián)負(fù)反饋串聯(lián)負(fù)反饋。ZoURRU)1(21 改變改變UZ或電位器可調(diào)整或電位器可調(diào)整UO。穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理U0UfUB=A（UZ - Uf）UCEU0當(dāng)當(dāng)UI增加或輸出電流減小使增加或輸出電流減小使U0升高時(shí)升高時(shí)UBUfUZUORLUIR1R2+RTUCE集成穩(wěn)壓電源簡介集成穩(wěn)壓電源簡介3. 3.

16、 集成穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓電源將串聯(lián)型穩(wěn)壓電路集成在一塊半導(dǎo)體基片上；將串聯(lián)型穩(wěn)壓電路集成在一塊半導(dǎo)體基片上； 體積小體積小, ,可靠性高可靠性高, ,使用靈活使用靈活, ,價(jià)格低廉；價(jià)格低廉； 電路內(nèi)部附有短路和過熱保護(hù)環(huán)節(jié)；電路內(nèi)部附有短路和過熱保護(hù)環(huán)節(jié)； 常用的常用的W7800和和W7900系列系列三端集成穩(wěn)壓三端集成穩(wěn)壓器（只有輸入，輸出和公共引出端）。器（只有輸入，輸出和公共引出端）。1 1端端: : 輸入端輸入端3 3端端: : 公共端公共端2 2端端: : 輸出端輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形1231 1端端: : 公共端公共端3 3端端: : 輸入端輸入端2 2端端:

17、 : 輸出端輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形123分類分類: :正穩(wěn)壓正穩(wěn)壓W78XX負(fù)穩(wěn)壓負(fù)穩(wěn)壓W79XX固定式固定式可調(diào)式可調(diào)式三端集成三端集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器型號(hào)后型號(hào)后XXXX兩位數(shù)字兩位數(shù)字代表輸出電壓值代表輸出電壓值W78系列系列(輸出輸出正正電壓電壓) W79系列系列(輸出輸出負(fù)負(fù)電壓電壓)輸出電壓額定電壓值有輸出電壓額定電壓值有:5V、6V、9V、12V 、15V、18V、 24V七個(gè)檔次七個(gè)檔次 。有有1.5A、0.5A和和0.1A三個(gè)電流檔次三個(gè)電流檔次 。 1 1）輸出為固定正電壓的電路）輸出為固定正電壓的電路應(yīng)用電路應(yīng)用電路COW7800CIUI+_+_UO12

18、30.11 F1F輸入與輸輸入與輸出端之間出端之間的電壓不的電壓不得低于得低于3V3V UI：整流：整流濾波后的直濾波后的直流電壓；流電壓； CI：用于抵消輸入線較長時(shí)的電感效應(yīng)，以防產(chǎn)生：用于抵消輸入線較長時(shí)的電感效應(yīng)，以防產(chǎn)生自激振蕩，改善紋波特性。自激振蕩，改善紋波特性。( (通常取通常取 0.33 F） CO：為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不致引起輸出電壓有：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)，改善負(fù)載的瞬態(tài)效應(yīng)。較大的波動(dòng)，改善負(fù)載的瞬態(tài)效應(yīng)。 ( (通常取通常取 1 1 F）COW7900CIUI+_+_UO3210.11 F1F 2 2）輸出為固定負(fù)電壓的電路）輸出為固定負(fù)電壓的電路輸入與輸輸入與輸出端之間出端之間的電壓不的電壓不得低于得低于3V3V公共端是正！公共端是正！ 3 3）輸出為正、負(fù)電壓的電路）輸出為正、負(fù)電壓的電路W78XXCIUI+ _UO123+ _CIW79XX12COCO3UOCOW78XXCIUI+_+_UO123UXXUZRDZUXX: 為為W78XX固定輸出電壓固定輸出電壓UO=UXX+UZ4 4） 提高輸出電壓的電路提高輸出電壓的