第4章直流穩(wěn)壓電源PPT課件

1、概述 小功率直流穩(wěn)壓電源一般由交流電源、變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路幾部分組成，如圖4-1所示。它們各部分的作用為： (1)整流變壓器將常規(guī)的輸入交流電壓(220V、380V)變?yōu)檎麟娐匪蟮慕涣麟妷褐怠?(2)整流電路由整流器件組成，它將交流電變換成方向不變但大小隨時間變化的脈動直流電。將交流電變換為直流電的過程叫做整流。 (3)濾波電路再將單方向脈動直流電中所含的大部分交流成分濾掉，得到一個較平滑的直流電。 (4)穩(wěn)壓電路用來消除由于電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載改變對其產(chǎn)生的影響，從而使輸出電壓穩(wěn)定。上一頁 下一頁第1頁/共61頁4.1 整流電路4.1.1 單相半波整流電路 1工作原理

2、單相半波整流電路如圖42(a)所示。它是最簡單的整流電路，由整流變壓器、整流二極管V及負(fù)載電阻RL組成。其中v1 、v2分別為整流變壓器的原邊和副邊交流電壓。在負(fù)載電阻RL得到的是如圖42 (b)所示的單向脈動電壓。 下一頁上一頁返回第2頁/共61頁 設(shè)在交流電壓正半周(0t1)，v20，A端電位比B端電位 高 ， 二 極 管 V 因 加 正 向 電 壓 而 導(dǎo) 通 ， 電 流 IL的 路 徑 是AVRLBA。注意到，忽略二極管正向壓降時，A點電位與C點電位相等，則v2幾乎全部加到負(fù)載RL上，RL上電流方向與電壓極性如圖4-2所示。 在交流電壓負(fù)半周(t1t2)，v20，A端電位比B端電位低，

3、二極管V承受反向電壓而截止，v2幾乎全部降落在二極管V上，負(fù)載RL上的電壓基本為零。 由此可見，在交流電一個周期內(nèi)，二極管半個周期導(dǎo)通半個周期截止，以后周期性地重復(fù)上述過程，負(fù)載RL上電壓和電流波形如圖4-2(b)、(c)所示。由于輸出的脈動直流電的波形是輸入的交流電波形一半，故稱為半波整流電路。輸出電壓vL中包含直流成分與交流成分，與輸入的交流電比較有了本質(zhì)的改變，即變成了大小隨時間改變但方向不變的脈動直流電。 4.1 整流電路上一頁 下一頁 返回第3頁/共61頁4.1 整流電路2負(fù)載RL上的直流電壓和電流的計算 單相半波整流電路中，輸出脈動直流電壓平均值： 式中V2整流輸入端的交流電壓有效

4、值。為了便于計算，有時依據(jù)負(fù)載RL上的電壓VL來求得整流變壓器二次電壓V2，這時：流過負(fù)載RL的直流電流平均值IL可根據(jù)歐姆定律求出，即 下一頁上一頁返回第4頁/共61頁4.1 整流電路 3整流二極管上的電流和最大反向電壓 二極管導(dǎo)通后，流過二極管的平均電流IF與RL上流過的平均電流相等，即 由于二極管在v2負(fù)半周時截止，承受全部v2反向電壓，所以二極管所承受的最大反向電壓VRM就是v2的峰值，即 請看例題請看例題下一頁上一頁返回第5頁/共61頁4.1 整流電路4.1.2 單相橋式整流電路 1工作原理 單相橋式整流電路是由四個整流二極管接成電橋的形式構(gòu)成的，如圖43所示。無論電壓v2是在正半周

5、還是在負(fù)半周，負(fù)載電阻RL上都有相同方向的電流流過。因此在負(fù)載電阻RL得到的是單向脈動電壓和電流，忽略二極管導(dǎo)通時的正向壓降，則單相橋式整流電路的波形如圖44所示。下一頁上一頁返回請看動畫請看動畫第6頁/共61頁4.1 整流電路 2負(fù)載RL上直流電壓和電流的計算 在單相橋式整流電路中，交流電在一個周期內(nèi)的兩個半波都有同方向的電流流過負(fù)載，因此在同樣的V2時，該電路輸出的電流和電壓均比半波整流大一倍。輸出電壓為 依據(jù)負(fù)載RL上的電壓VL來求得整流變壓器二次電壓： 流過負(fù)載RL的直流電流平均值： 下一頁上一頁返回第7頁/共61頁4.1 整流電路 3 整流二極管上的電流和最大反向電壓 在橋式整流電路

6、中，由于每只二極管只有半周是導(dǎo)通的，所以流過每只二極管的平均電流只有負(fù)載電流的半，即 每只二極管承受的最大反向電壓也是v2的峰值，即 下一頁上一頁返回第8頁/共61頁4.2 濾波電路 濾波電路利用電容或電感在電路中的儲能作用，當(dāng)電源電壓(或電流)增加時，電容(或電感)把能量儲存在電場(或磁場)中；當(dāng)電源電壓(或電流)減小時，又將儲存的能量逐漸釋放出來，從而減小了輸出電壓(或電流)中的脈動成分。得到比較平滑的直流電壓。實用濾波電路的形式很多，如電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波電路(包括倒L型、RC型、LC型濾波)等，如圖45所示。下一頁上一頁返回請看動畫請看動畫第9頁/共61頁4.2 濾波電路 4.

7、2.1 電容濾波電路 圖46所示為單相橋式整流電容濾波電路。采用電容濾波后： (1)負(fù)載直流平均電壓升高，脈動程度大大降低。 (2)負(fù)載電壓平均值有所提高。(3)二極管導(dǎo)通時間減小，導(dǎo)通角總是小于。 (4)外特性變差。 下一頁上一頁返回請看例題請看例題第10頁/共61頁4.2 濾波電路 4.2.2 電感濾波電路 電感濾波電路如圖47所示，即在整流電路與負(fù)載電阻之間串聯(lián)一個電感器L。由于在電流變化時電感線圈中將產(chǎn)生自感電動勢來阻止電流的變化，使電流脈動趨于平緩，起到濾波作用。下一頁上一頁返回第11頁/共61頁4.2 濾波電路 4.2.3 復(fù)式濾波電路 圖48所示是LC型濾波電路，它由電感濾波和電

8、容濾波組成。 圖49所示是LC型濾波電路，可看成是電容濾波和LC型濾波電路的組合。圖410所示是RC型濾波電路，選用電阻器R來代替電感器L。 當(dāng)使用一級復(fù)式濾波達不到對輸出電壓的平滑性要求時，可以增添級數(shù)，如圖411所示。下一頁上一頁返回第12頁/共61頁43 晶閘管（可控硅）的結(jié)構(gòu)和工作原理 431 晶閘管的外形與符號 晶閘管又稱可控硅，從外型上區(qū)別有螺栓式和平板式等。晶閘管的外形及符號如圖4-12所示。晶閘管有三個電極：陽極A、陰極K、門極G。在圖4-12(a)中帶有螺栓的一端是陽極A，利用它和散熱器固定，另一端是陰極K，細(xì)引線為門極G。在圖4-12(b)中示出大功率的平板式晶閘管，其中間

9、金屬環(huán)連接出來的引線為門極，離門極較遠(yuǎn)的端面是陽極A，較近的端面是陰極K，安裝時用兩個散熱器把平板式晶閘管夾在中間，以保證它具有較好的散熱效果。晶閘管的圖形符號如圖4-12(c)所示，文字符號為VT。 上一頁 下一頁 返回第13頁/共61頁432 晶閘管的結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電特性 1結(jié)構(gòu) 不論哪種結(jié)構(gòu)形式的晶閘管，管芯都是由四層三端器件（P1 N1 P2 N2）和三端(A、G、K)引線構(gòu)成。因此它有三個PN結(jié)J1，J2，J3，由最外層的P層和N層分別引出陽極和陰極，中間的P層引出門極，如圖4-13a所示。如果將三個PN結(jié)和四層半導(dǎo)體看成是由PNP和NPN型兩個三極管連接而成，如圖4-13b所示，則每個三

10、極管的基極和另一個三極管的集電極相連，陽極A相當(dāng)于V1管的發(fā)射極，陰極K相當(dāng)于V2管的發(fā)射極，門極相當(dāng)于V2管的基極，那么普通晶閘管不僅具有硅整流二極管正向?qū)?、反向截止相似的特性，更重要的是它的正向?qū)ㄊ强梢钥刂频?，起這種控制作用的就是門極。 43 晶閘管（可控硅）的結(jié)構(gòu)和工作原理 上一頁 下一頁 返回第14頁/共61頁 2.導(dǎo)電特性 單向晶閘管可以理解為一個受控制的二極管，由其符號可見，它也具有單向?qū)щ娦?，不同之處是除了?yīng)具有陽極與陰極之間的正向偏置電壓外，還必須給控制極加一個足夠大的控制電壓，在這個控制電壓作用下，晶閘管就會像二極管一樣導(dǎo)通了，一旦晶閘管導(dǎo)通，控制電壓即使取消，也不會影響

11、其正向?qū)ǖ墓ぷ鳡顟B(tài)。 43 晶閘管（可控硅）的結(jié)構(gòu)和工作原理 上一頁 下一頁 返回第15頁/共61頁 3 .結(jié)論： (1)晶閘管與硅整流二極管相似，都具有反向阻斷能力，但晶閘管還具有正向阻斷能力，即晶閘管的正向?qū)ū仨氂幸欢ǖ臈l件陽極加正向電壓，同時門極還必須加正向觸發(fā)電壓。 (2)晶閘管一旦導(dǎo)通，門極即失去控制作用，這就是晶閘管的半控特性。要使晶閘管關(guān)斷，必須做到兩點：一是將陽極電流減小到小于其維持電流IH，二是將陽極電壓減小到零或使之反向。43 晶閘管（可控硅）的結(jié)構(gòu)和工作原理 上一頁 下一頁 返回第16頁/共61頁433 晶閘管的主要參數(shù) 1正向轉(zhuǎn)折電壓UBO 2.正向斷態(tài)重復(fù)峰值電壓

12、UDRM 3.反向重復(fù)峰值電壓URRM 4.通態(tài)平均電流IT(AV) 5.通態(tài)平均電壓UT(AV) 6.維持電流IH 43 晶閘管（可控硅）的結(jié)構(gòu)和工作原理 上一頁 下一頁 返回第17頁/共61頁44 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 441 單相半波可控整流電路 1.電路結(jié)構(gòu) 單向半波可控整流電路如圖4-14所示。其中u2為交流電源變壓器的次級電壓，變壓器TR起變換電壓和電氣隔離作用；Rd為電阻負(fù)載，其特點是：電壓與電流成正比，兩者波形相同。 上一頁 下一頁 返回第18頁/共61頁 2.工作原理 （1）兩個重要概念： 1）觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電

13、角度，用表示，稱為觸發(fā)角或控制角。 2）導(dǎo)通角：晶閘管在一個電源周期內(nèi)處于通態(tài)的電角度，用表示。 44 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 上一頁 下一頁 返回第19頁/共61頁（2）工作原理分析：（波形如圖4-15所示） 44 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 上一頁 下一頁 返回第20頁/共61頁 3.數(shù)量關(guān)系 44 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 上一頁 下一頁 返回第21頁/共61頁 4.單相半波可控整流電路特點： （1） VT的移相范圍為1800。 （2）電路結(jié)構(gòu)簡單，但輸出脈動大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。 （3）只適用于小容量，

14、重量輕等技術(shù)要求不高的場合。 44 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 上一頁 下一頁 返回第22頁/共61頁442 單相橋式可控整流電路 1.電路結(jié)構(gòu) 在單相橋式二極管整流電路中，把其中兩個二極管換成晶閘管就組成單相半控橋式整流電路，晶閘管VT1、VT2的陰極接在一起稱共陰極連接。即使Ug1、Ug2同時觸發(fā)兩管時，只能使陽極電位高的管子導(dǎo)通，導(dǎo)通后使另一管子承受反壓而阻斷。VD1、VD2的陽極接在一起稱共陽極連接，總是陰極電位低的導(dǎo)通。如圖4-16所示。 44 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 上一頁 下一頁 返回第23頁/共61頁 2.工作原理 1）0 t1期間：四只管子均截

15、止。 2）t1 期間：VT1、VD2導(dǎo)通，電流1VT1Rd VD22。 3）t2期間：四只管子均截止。 4）t2 2期間：VT2、VD1導(dǎo)通，電流2VT2Rd VD11。 44 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 上一頁 下一頁 返回第24頁/共61頁 3.數(shù)量關(guān)系 44 單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路 上一頁 下一頁 返回第25頁/共61頁45 穩(wěn)壓電路 451 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 1電路組成 圖4-17所示的是硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。圖中可見穩(wěn)壓管VDz并聯(lián)在負(fù)載RL兩端，因此它是一個并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。電阻R是穩(wěn)壓管的限流電阻，是穩(wěn)壓電路中不可缺少的元件。穩(wěn)壓電路的輸入電壓Ui是整流

16、、濾波電路的輸出電壓。 下一頁上一頁返回第26頁/共61頁 2穩(wěn)壓原理 穩(wěn)壓管是利用調(diào)節(jié)流過自身的電流大小(端電壓基本不變)來滿足負(fù)載電流的改變，并和限流電阻配合將電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，以適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動。 當(dāng)電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載變化時，設(shè)使得輸出電壓下降，則流過穩(wěn)壓二極管的反向電流也減小，導(dǎo)致通過限流電阻R上的電流也減小，這樣使R上的壓降也下降，根據(jù)的關(guān)系，使輸出的下降受到限制，上述過程可用符號表達為45 穩(wěn)壓電路 上一頁 下一頁 返回第27頁/共61頁 3電路特點 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡單，元件少。但輸出電壓由穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值決定，不可隨意調(diào)節(jié)，因此輸出電流的變化范圍較小，只適用于小型

17、的電子設(shè)備中。 45 穩(wěn)壓電路 上一頁 下一頁 返回第28頁/共61頁452 串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路 1電路結(jié)構(gòu) 圖4-18為三極管串聯(lián)穩(wěn)壓電路原理圖，它由取樣電路、基準(zhǔn)電壓、比較放大器及調(diào)整元件等環(huán)節(jié)組成，其方框圖如圖4-19所示。 45 穩(wěn)壓電路 上一頁 下一頁 返回第29頁/共61頁 2電路中各部分的作用45 穩(wěn)壓電路 上一頁 下一頁 返回第30頁/共61頁 3穩(wěn)壓原理 45 穩(wěn)壓電路 上一頁 下一頁 返回第31頁/共61頁 4輸出電壓的調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)電位器RP可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，使其在一定的范圍內(nèi)變化。RP為電位器上部分電阻，RP“為電位器下部分電阻。則由原理圖可見: 45 穩(wěn)壓電路 上

18、一頁 下一頁 返回第32頁/共61頁 453 集成穩(wěn)壓電路 1三端固定集成穩(wěn)壓器 三端固定集成穩(wěn)壓器的輸出電壓是固定的，且它只有三個接線端，即輸入端、輸出端及公共端。它有兩個系列CW78XX、CW79XX，如圖4-20所示。CW78XX系列輸出是正電壓，CW79XX系列輸出是負(fù)電壓。CW78XX的l腳為輸入端，2腳為公共端，3腳為輸出端。CW79XX的l腳為公共端，2腳為輸入端，3腳為輸出端。 (1)輸出正電壓的三端固定穩(wěn)壓器 (2)輸出負(fù)電壓的三端固定穩(wěn)壓器 45 穩(wěn)壓電路 上一頁 下一頁 返回第33頁/共61頁 2三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器 (1)輸出正電壓的可調(diào)集成穩(wěn)壓器 (2)輸出負(fù)電壓的可調(diào)

19、集成穩(wěn)壓器 45 穩(wěn)壓電路 例題上一頁 下一頁 返回第34頁/共61頁圖4-1 小功率直流穩(wěn)壓電源的組成框圖波形 v1v2v3v4vo整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路變壓器v1v2v3v4vo00000ttttt返回第35頁/共61頁圖42 單相半波整流電路及其輸出電壓波形 （a a）單相半波整流電路；（）單相半波整流電路；（b b）單相半波整流電路的輸入、輸出電壓波形）單相半波整流電路的輸入、輸出電壓波形返回AVBCRLvLv1v2TIL0t1t2t3tt0t1t2t3tt0t1t2t3t4tt0t1t2t3t4ttv2vLiLuVVL(a)(b)(c)(d)243V22V22第36頁/共61頁圖43 單相橋式整流電路 返回第37頁/共61頁圖44 單相橋式整流電路的波形 返回0t1t2t3tt0t1t2t3tt0t1t2t3t4tt0t1t2t3t4ttv2vLiLuVVL(a)(b)(c)(d)243V22V22t4V1、3V1、3V2、4V2、4(V1、 V3)iV第38頁/共61頁圖45 濾波電路 返回第39頁/共61頁圖46 橋式整流電容濾波電路 返回第40頁/共61頁圖47 單相橋式整流電感濾波電路返回(a)(b)RLv1v2TL0ttv