電工——直流穩(wěn)壓電源

1、 12.2 濾波器濾波器 12.3 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源12.1 整流電路整流電路第第章章直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源功能：功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適 的直流電壓的直流電壓u4uou3u2u1 整流電路整流電路 將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。 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。 二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。利用二極管的單向?qū)щ娦岳枚O管的單向?qū)щ娦詔 uDO u 負(fù)半周，負(fù)半周，VaVb，二極，二極管管 1

2、、3 導(dǎo)通，導(dǎo)通，2、4 截止截止 。uouD t tuD1uD3 ut U2U2U2 4. 參數(shù)計(jì)算參數(shù)計(jì)算LLRURUI9 . 0oo o21DII UU2DRM o11. 1 d) sin(2122mIttII ) d( sin21ttU U0.9 oU (1) 輸出直流電壓高；輸出直流電壓高； (2) 脈動(dòng)較?。幻}動(dòng)較?。?(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

3、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(lái)非常方便。性，使用起來(lái)非常方便。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 220V，負(fù)載電阻負(fù)載電阻 RL = 50 ，負(fù)載電壓，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。的變比和容量，并選擇二極管。V 1119 . 01009 . 0o UU A122121oD IIV 17212222DRM UU A250110Loo RUI 考慮到變壓器副繞組及二極管上的壓降，變壓器考慮到變壓器副繞組及二極管上的壓降

4、，變壓器副邊電壓一般應(yīng)高出副邊電壓一般應(yīng)高出 5%10%，即取，即取 U = 1.1 111 122 V例例1：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐?，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 = 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

5、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+_u+_RLD2D4 D1D3當(dāng)當(dāng)D2或或D4斷開(kāi)后斷開(kāi)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(guò)，負(fù)載電壓過(guò)，負(fù)載電壓uo o= =u；負(fù)半周時(shí)，；負(fù)半周時(shí)，D1和和D3截止，負(fù)載中無(wú)電流通截止，負(fù)載中無(wú)電流通過(guò)，負(fù)載兩端無(wú)電壓，過(guò)，負(fù)載兩端無(wú)電壓， uo o =0=0。 uo u 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、

6、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(lèi)似，電源及接反類(lèi)似，電源及D1或或D3也將因電流過(guò)大而燒壞。也將因電流過(guò)大而燒壞。uo+_u+_RLD2D4 D1 D3共陰極組中陽(yáng)極電位最高的二極管導(dǎo)通；共陰極組中陽(yáng)極電位最高的二極管導(dǎo)通； D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o 三相變壓器原繞組接成三三相變壓器原繞組接成三角形，副繞組接成星形角形，副繞組接成星形共陽(yáng)極組共陽(yáng)極組共陰極組共陰極組 在在 t1 t2 期間期間共陰極組中共陰極組中a點(diǎn)電

7、位最高，點(diǎn)電位最高，D1 導(dǎo)通；導(dǎo)通； 共陽(yáng)極組中共陽(yáng)極組中b點(diǎn)電位最低，點(diǎn)電位最低，D4 導(dǎo)通。導(dǎo)通。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o負(fù)載電壓負(fù)載電壓變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓uouaubuC2 t uoott1t2t3t4t5t6t7t8t9 在在 t2 t3 期間期間共陰極組中共陰極組中a點(diǎn)電位最高，點(diǎn)電位最高，D1 導(dǎo)通；導(dǎo)通； 共陽(yáng)極組中共陽(yáng)極組中c點(diǎn)電位最低，點(diǎn)電位最低，D6 導(dǎo)通。導(dǎo)通。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o負(fù)載電壓負(fù)載電壓變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓uouaubuC2 t t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto

8、在在 t3 t4 期間期間共陰極組中共陰極組中b點(diǎn)電位最高，點(diǎn)電位最高，D3 導(dǎo)通；導(dǎo)通； 共陽(yáng)極組中共陽(yáng)極組中c點(diǎn)電位最低，點(diǎn)電位最低，D6 導(dǎo)通。導(dǎo)通。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o負(fù)載電壓負(fù)載電壓變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓uouaubuC2 t t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto 在在 t4 t5 期間期間共陰極組中共陰極組中b點(diǎn)電位最高，點(diǎn)電位最高，D3 導(dǎo)通；導(dǎo)通； 共陽(yáng)極組中共陽(yáng)極組中a點(diǎn)電位最低，點(diǎn)電位最低，D2 導(dǎo)通。導(dǎo)通。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o負(fù)載電壓負(fù)載電壓變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓uouaubuC2

9、 t t1t2t3t4t5t6t7t8t9uotot1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto 在一個(gè)周期中，每個(gè)二極在一個(gè)周期中，每個(gè)二極管只有三分之一的時(shí)間導(dǎo)管只有三分之一的時(shí)間導(dǎo)通（導(dǎo)通角為通（導(dǎo)通角為120）。）。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io cbau+ o變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓負(fù)載電壓負(fù)載電壓uouaubuC2 t LL34. 2oRURUI o31DII UU23DRM ) )d(30 sin(231ab26ttU UU2.34 交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，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。其中既有直流成份又有交

10、流成份。濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓壓(或通過(guò)電感中的電流或通過(guò)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：方法：將電容與負(fù)載將電容與負(fù)載RL并聯(lián)并聯(lián)( (或?qū)㈦姼信c負(fù)載或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串串聯(lián)聯(lián)) )。 u uC時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載時(shí)，二極管導(dǎo)通，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 +aDuoubRLi

11、o= 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 。UU22DRM uoU2U2u tO tO25)(3LTCR 一般取一般取(1) (1) 輸出電壓的脈動(dòng)程度與平均值輸出電壓的脈動(dòng)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 U ( 橋式、全波）橋式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）半波）U2 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濾波有電容濾波 無(wú)電容濾波無(wú)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

12、小且負(fù)載變化較小的場(chǎng)合。小且負(fù)載變化較小的場(chǎng)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。uoU2 tOiD tO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。V 352522DRM UU A075020030212121LOOD.RUII uRLuo+C解：解：25V1.230 21O .UU可選

13、用二極管可選用二極管2CP11IOM =100mA URWM =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 ，要求直流輸出電壓，要求直流輸出電壓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 = 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 u

14、RLuo+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 uRLuo+C2+C1R uRLu+C2+C1 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

15、 +UIRL+CIOUO+uIRRDZIzZMOOIMmin IIRUU (1) UZ = UO(2) IZM= (1.5 3) ICM(3) UI = (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。UORFR2R1+ 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。

16、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(guò)程：升高時(shí)，有如下穩(wěn)壓過(guò)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(chēng)串聯(lián)型穩(wěn)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。壓電路。UITR

17、2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R Z211BO)(1URRRUU UiTR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R 4 串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路 串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路 采樣環(huán)節(jié)采樣環(huán)節(jié) 基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓 放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié) 調(diào)整環(huán)節(jié)調(diào)整環(huán)節(jié) 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(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共最簡(jiǎn)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(chēng)之為三端集成穩(wěn)壓器。故稱(chēng)之為三端集成穩(wěn)壓器。1.

18、 分類(lèi)分類(lèi)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W7900系列穩(wěn)壓器外形系列穩(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 輸出電流超過(guò)輸出電流超過(guò) 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(guò)熱保護(hù)內(nèi)部有過(guò)熱保護(hù) 內(nèi)部有過(guò)流保護(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)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(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。動(dòng)對(duì)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