第9章直流穩(wěn)壓電源

1、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源濾波濾波整流整流穩(wěn)壓穩(wěn)壓變壓變壓交流交流電源電源負(fù)負(fù)載載OtuOtuOtuOtuOtu220 V單向脈動單向脈動直流電壓直流電壓合適的合適的交流電壓交流電壓濾波濾波穩(wěn)壓穩(wěn)壓一、半波整流一、半波整流)sin(222tUu tO 2 3 u222U tO 2 3 uO22U 0 2O)(d)sin(221ttUU 245. 0U tO 2 3 iD= iO2RM2UU L2OD45. 0RUII RL220 V+ uu2iD+ uD tO 2 3 uD22U V3RLV4V2V1u1u2+uo ioRLV4V3V2V1+uo u2u1輸入正半周輸入正半周1.1.工作原理工作

2、原理2. 波形波形輸入負(fù)半周輸入負(fù)半周 tO tO tO tO 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD= iO22U22UU2+uo 二、橋式整流電路二、橋式整流電路3. 參數(shù)估算參數(shù)估算1) ) 整流輸出電壓平均值整流輸出電壓平均值)(d)sin(21 0 OttUU 229 . 022UU 2) ) 二極管平均電流二極管平均電流LOOD221RUII L245. 0RU 3) ) 二極管最大反向壓二極管最大反向壓2RM2UU to to to to 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD = iO22U22UU24. 簡化畫法簡化畫法+uo RLio+u2

3、5. 整流橋整流橋把四只二極管封裝把四只二極管封裝在一起稱為整流橋在一起稱為整流橋 單向半波、橋式整流單向半波、橋式整流電路的區(qū)別是什么電路的區(qū)別是什么? 單向半波、橋式整流單向半波、橋式整流電路中二級管承受的電路中二級管承受的最高反向工作電壓分最高反向工作電壓分別是多少？別是多少？ 如何選擇整流如何選擇整流二級管？二級管？ 討論題討論題io + uo= uc RLV1V4V3V2+u 一、電容濾波電路一、電容濾波電路V 導(dǎo)通時給導(dǎo)通時給 C 充電，充電，V 截止時截止時 C 向向 RL 放電放電；1. 電路和工作原理電路和工作原理濾波后濾波后 uo 的波形變得平緩，平均值提高。的波形變得平緩

4、，平均值提高。電容電容充電充電電容電容放電放電C電容濾波電路2. 波形及輸出電壓波形及輸出電壓2O2U U 當(dāng)當(dāng) RL = 時：時：O tuO 2 22U當(dāng)當(dāng) RL 為有限值時：為有限值時：2O229 . 0UUU 通常取通常取 UO = 1.2U2RC 越大越大 UO 越大越大2)53(LTCR RL = 為獲得良好濾波效果，一般取：為獲得良好濾波效果，一般?。? (T 為輸入交流電壓的周期為輸入交流電壓的周期) )例例: : 單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率 f = 50 Hz，負(fù)載負(fù)載電阻電阻 RL = 40 ，要求直流輸出電壓，要求直流輸出電壓 UO

5、 = 20 V，選擇，選擇整流二極整流二極管管及及濾波電容。濾波電容。 解解: : 1. 選二極管選二極管V 172 . 1202 . 1O2 UU2RM2UU 選二極管應(yīng)滿足：選二極管應(yīng)滿足：IF (2 3) ID可選：可選：2CZ55C( (IF = 1 A，URM = 100 V) )或或 1 A、100 V 整流橋整流橋電流平均值：電流平均值： A0.2540 20212121LOOD RUII承受最高反壓：承受最高反壓：V 2422RM UU2. 選濾波電容選濾波電容s 02. 05011 fTs 04. 024 L TCR取取F 0001 40s 0.04 C可選可選： 1 000

6、 F，耐壓，耐壓 50 V 的電解電容。的電解電容。二、電感濾波二、電感濾波RLL+u2 整流后的輸出電壓：整流后的輸出電壓：直流分量直流分量被電感被電感 L 短路短路交流分量交流分量主要主要降在降在 L 上上電感越大，濾波效果越好電感越大，濾波效果越好三、三、 型濾波型濾波L C1RL+u2 C2C1、C2 對交流對交流容抗小容抗小L 對交流對交流感抗感抗很很大大負(fù)載電流小時負(fù)載電流小時練練習(xí)習(xí)為什么要采用濾為什么要采用濾波電路？波電路？ 簡述電容濾波電簡述電容濾波電路的工作原理。路的工作原理。 RLCRIRIZDZ+UL +UC +u IL+ UR穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路電路引起電壓不穩(wěn)定的原因引起電

7、壓不穩(wěn)定的原因交流電源電壓的波動交流電源電壓的波動負(fù)載電流的變化負(fù)載電流的變化 交流電源電壓增加交流電源電壓增加 整流輸出電壓整流輸出電壓UC增增加加負(fù)載電壓增加負(fù)載電壓增加 穩(wěn)壓管的電流穩(wěn)壓管的電流IZ顯著增加顯著增加 限流電阻限流電阻R上的壓降增加上的壓降增加負(fù)載電壓保持基本不負(fù)載電壓保持基本不變。變。RLCRIRIZDZ+UL +UC +u IL+ URu UC ULIZIRURUL RLCRIRIZDZ+UL +UC +u IL+ URRL IL ULIZIRURUL 電源電壓保持不變，負(fù)載電流增大電源電壓保持不變，負(fù)載電流增大電阻電阻R上的上的壓降增大壓降增大負(fù)載電壓下降負(fù)載電壓下降

8、 穩(wěn)壓管電流顯著減小穩(wěn)壓管電流顯著減小通過電阻通過電阻R的電流和電阻上的壓降保持近似不變的電流和電阻上的壓降保持近似不變負(fù)負(fù)載電壓近似不變。載電壓近似不變。8+Uo +UI RLV1+UCE 并聯(lián)型并聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 調(diào)整管與負(fù)載并聯(lián)調(diào)整管與負(fù)載并聯(lián)串聯(lián)型串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)+UI 取取樣樣電電路路調(diào)整管調(diào)整管比較放比較放大電路大電路基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓UZUF 一、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)壓原理一、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)壓原理 穩(wěn)壓的實質(zhì)：穩(wěn)壓的實質(zhì)：UCE 的自動調(diào)節(jié)使輸出電壓恒定的自動調(diào)節(jié)使輸出電壓恒定串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路二、輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍二、輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍8+Uo +UI

9、R 2RLR 1R1UFUZR2RPZp212OFURRRRUU Z2p21OURRRRU Zp2p21minOURRRRRU Z2p21maxOURRRRU 一、固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器一、固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器Uo = 12VW7812123Co+UiCi抵消輸入抵消輸入長接線的長接線的電感效應(yīng)，電感效應(yīng)，防止自激防止自激改善負(fù)載改善負(fù)載的暫態(tài)響的暫態(tài)響應(yīng)應(yīng),消除高消除高頻噪聲頻噪聲Uo W78 123Co+UiCiUo W79 321Co+UiCiW78 系系列列W79 系系列列提高輸出電壓的電路提高輸出電壓的電路 1Q12RRRIIII 輸出電壓輸出電壓 UO = U + UZW78

10、132 Ci CO DZ+UO +Ui +U +UZ R+Ui W78+UO R1R2IQIR2CiCO +U IR1(1)(2)22ORIUUR 2111RIRIRR URR)1(12改變改變R1、R2可改變輸出電壓可改變輸出電壓二、可調(diào)輸出的三端集成穩(wěn)壓器二、可調(diào)輸出的三端集成穩(wěn)壓器 LM317LM317的輸?shù)妮敵龆撕驼{(diào)整出端和調(diào)整端的電壓為端的電壓為1.2 V1.2 V。2 . 1)1(1POmax RRU靜態(tài)電流靜態(tài)電流 IQ很小可忽略。很小可忽略。UOmin = 1.2 VUo LM3173C+UiCIR1RPCO+RP 調(diào)到最上端時調(diào)到最上端時:RP 調(diào)到最調(diào)到最下端時下端時:V2

11、 .352 . 1)24. 08 . 61( 1.2 V UO 35.2V封裝封裝CW78051 2 3UIUOGNDCW79051 2 3UIUOGND符號符號CW7800+213CW790013_2_塑料封裝塑料封裝金屬封裝金屬封裝3129.3晶閘管及晶閘管及整流電路整流電路一、晶閘管結(jié)構(gòu)一、晶閘管結(jié)構(gòu)電力電子技術(shù)GP1N1N2N2P2AKPNPNPNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。由管芯引出三個電極，稱陽極由管芯引出三個電極，稱陽極A A、陰、陰極極K K和門極和門極GG。p 具有具有J1、J2、J3三個三個PN結(jié)。結(jié)。p 可用三個二極管或兩個三極管等效。可用三個二極管或兩個三極管等

12、效。AP1N1P2N2GKKAGGKA晶閘管的外形晶閘管的外形KPKP螺旋式螺旋式平板式平板式晶閘管模塊晶閘管模塊 晶閘管加陽極負(fù)電壓-UA時(即陽極接電源負(fù)極，陰極接電源正極)，因為至少有一個PN結(jié)反偏截止，只能通過很小的反向漏電流，故晶閘管截止。此時，晶閘管的狀態(tài)稱為。 晶閘管加陽極正電壓UA時(即陽極接電源正極，陰極接電源負(fù)極)，若控制極不加電壓，仍有一個PN結(jié)反偏截止，只有很小的正向漏電流，故晶閘管仍然截止。此時，晶閘管的狀態(tài)稱為。 二、晶閘管的工作原理二、晶閘管的工作原理 UGK為正時，V2正偏導(dǎo)通，EC產(chǎn)生的控制極電流IG就是V2的基極電流IB2，它又是三極管V1的基極電流，V1的

13、集電極電流IC1。電流又流入V2的基極，再一次放大。這樣循環(huán)下去，形成了強(qiáng)烈的正反饋，使兩個三極管很快達(dá)到飽和導(dǎo)通，晶閘管導(dǎo)通。 晶閘管導(dǎo)通后，導(dǎo)通狀態(tài)完全依靠管子本身的正反饋作用來維持，即使控制極電流消失，晶閘管仍將處于導(dǎo)通狀態(tài)。 控制極的作用僅是觸發(fā)晶閘管使其導(dǎo)通，導(dǎo)通之后，控制極就失去了控制作用。 三、晶閘管電壓電流特性三、晶閘管電壓電流特性A正向?qū)ㄑ┍罁舸㎡+UA-UA-IIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM 晶閘管的導(dǎo)通和截止是由陽極電壓UA，陽極電流IA及控制極電壓UG(電流IG)等決定的，在實際應(yīng)用中常用實驗曲線來表示它們之間的關(guān)系，這曲線稱為晶閘

14、管的電壓電流特性曲線。 晶閘管導(dǎo)通后可以通過很大的電流，而它本身的壓降只有1V左右，所以這一段特性曲線(BC段)靠近縱軸而且陡直，與二極管正向特性曲線相似。 晶閘管的反向特性與一般二極管相似 。四、晶閘管的主要參數(shù)四、晶閘管的主要參數(shù) 斷態(tài)重復(fù)峰值電壓斷態(tài)重復(fù)峰值電壓UDRM 在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的正向峰值電壓。 反向重復(fù)峰值電壓反向重復(fù)峰值電壓URRM 在門極斷路而結(jié)溫為額定值時，允許重復(fù)加在器件上的反向峰值電壓。 通態(tài)（峰值）電壓通態(tài)（峰值）電壓UT 晶閘管通以某一規(guī)定倍數(shù)的額定通態(tài)平均電流時的瞬態(tài)峰值電壓。使用注意：使用注意：通 常 取 晶 閘 管 的UDRM和

15、URRM中較小的標(biāo)值作為該器件的額定電壓額定電壓。選用時，一般取額定電壓為正常工作時晶閘管所承受峰值電壓23倍。 通態(tài)平均電流通態(tài)平均電流 I IT(AVT(AV）在環(huán)境溫度為40C和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時所允許流過的最大工頻正弦半波最大工頻正弦半波電流的平均值電流的平均值。標(biāo)稱其額定電流的參數(shù)。使用時應(yīng)按有效值相等的原則有效值相等的原則來選取晶閘管。 維持電流維持電流 I IH H 使晶閘管維持導(dǎo)通所必需的最小電流。一、電阻性負(fù)載一、電阻性負(fù)載tTVTR0a)u1u2uVTudidt12 tttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00電爐、電焊及白熾燈等均屬于電阻性負(fù)

16、載。組成：組成：由晶閘管KP、負(fù)載電阻Rd和整流變壓器TR。變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。u2為負(fù)半波KP承受反向電壓KP截止id=0，ud=0，uT=u2 u2的下一個周期工作情況同上所述，循環(huán)往復(fù)。 :時刻t01KP截止ud=0id=0因晶閘管和電阻負(fù)載是串聯(lián)連接id=i2=iT=0，uT=u2 時刻：1tu2仍為正半波KP承受正向電壓門極有觸發(fā) 022TddddduRuRuiuuKP，導(dǎo)通，時刻：22cos145. 0)(sin22122aaUttdUUd（1 1）輸出直流電壓平均值）輸出直流電壓平均值U Ud d（2 2）輸出直流電流平均值）輸出直流電流平均值 2cos145.

17、02addddRURUI（3 3）輸出電壓有效值和電流有效值）輸出電壓有效值和電流有效值 aa42sin22ddRURUIaaa42sin2)()sin(2(21222UtdtUU單相半波可控整流電路，電阻負(fù)載，由220V交流電源直接供電。負(fù)載要求的最高平均電壓為60V，相應(yīng)的平均電流為20A，試計算晶閘管的導(dǎo)通角、晶閘管承受的最大正、反向電壓。 (1) 求出最大輸出時的控制角，得 (2) 求晶閘管兩端承受的正、反向峰值電壓Umd22260cos110.2120.450.45220UUa m22311VUU77.8aottttu20t12 tug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +a)u1TVTRLu2uVTudid變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。電機(jī)的勵磁線圈、差電動機(jī)電磁離合器的勵磁線圈以及輸出串接平波電抗器屬于電感負(fù)載。:時刻t01KP截止id=0，ud=0，uk=u2 :時刻tt21KP導(dǎo)通id= ，ud=u2，uk=0 :時刻t2時刻t2由于電感Ld的作用電流不能突變，id只能從零逐漸增大，到已升至最大值，Ld存儲能量，eL的極性為上正下負(fù)。:時刻t3:時刻2