電工技術(shù)電子技術(shù)-清華-29直流穩(wěn)壓電源

1、2022/9/3電工技術(shù)第29講海南風(fēng)光此課件及“海南風(fēng)光”封面屬清華大學(xué)唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)現(xiàn)剽竊，必究法律責(zé)任！直流穩(wěn)壓電源1.直流穩(wěn)壓電源的組成和功能2.單相整流電路(17.2.1)3.濾波電路4.穩(wěn)壓電路(12.8.2)5.集成穩(wěn)壓電源(12.8.2)清華大學(xué)電機(jī)系電工學(xué)教研組唐慶玉編1997年12月12022/9/3電工技術(shù)電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路: 將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路: 將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路: 清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。1. 直流穩(wěn)壓電源的組成和功能整 流 電

2、 路濾 波 電 路穩(wěn) 壓 電 路整 流 電 路濾 波 電 路穩(wěn) 壓 電 路u1u2u3u4uo22022/9/3電工技術(shù)單相三相二極管可控硅橋式倍壓整流半波全波本課主要介紹：單相半波整流，單相全波整流，單相橋式整流把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。整流電路分類：整流電路的任務(wù)：32022/9/3電工技術(shù)2. 單相整流電路(1)單相半波整流電路二極管導(dǎo)通，忽略二極管正向壓降， uo=u2u1u2aTbDRLuo為分析簡單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。二極管截止, uo=0+io+u2 0 時(shí):u20 時(shí)D1,D4導(dǎo)通D2,D3截止電流通路:a D1R

3、LD4bu20 時(shí)D2,D3導(dǎo)通D1,D4截止電流通路:b D2RLD4a單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形u2D3D2D1D4RLuoab整流輸出電壓平均值： Uo2負(fù)載電流平均值:Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL 二極管平均電流：ID=Io/2二極管最大反向電壓：DRM22UU=u2uD2,uD3uD1,uD4uo152022/9/3電工技術(shù)集成硅整流橋：u2uo+ +- +162022/9/3電工技術(shù)(4) 整流電路的主要參數(shù) 負(fù)載電壓 Uo的平均值為:()=ootduU2021w負(fù)載上的(平均)電流:LoRUIo=(a)整流輸出電壓的平均值uo20t172022/

4、9/3電工技術(shù) S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S越小越好。(b)脈動(dòng)系數(shù)用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出 uo 分解后可得:uo20t基波基波峰值輸出電壓平均值182022/9/3電工技術(shù)平均電流(ID)與反向峰值電壓(UDRM)是選擇整流管的主要依據(jù)。oDII21=例如： 在橋式整流電路中，每個(gè)二極管只有半周導(dǎo)通。因此，流過每只整流二極管的平均電流 ID 是負(fù)載平均電流的一半。 二極管截止時(shí)兩端承受的最大反向電壓：(c)二極管平均電流與反向峰值電壓（選購時(shí)：二極管額定電流 2ID)（選購時(shí)：最大反向電壓 2URM)192022/9/3電工技術(shù)3. 濾波電路濾波電路的結(jié)構(gòu)特

5、點(diǎn): 電容與負(fù)載 RL 并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波直流電壓RLLRLC202022/9/3電工技術(shù)(1)電容濾波電路以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。(a)電容濾波原理a橋式整流電容濾波電路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC212022/9/3電工技術(shù)RL未接入時(shí)(忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot設(shè)t1時(shí)刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結(jié)束沒有電容時(shí)的輸出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCuc222022/9/3電工技術(shù)RL接入（且RLC較大）時(shí) (忽略整流電路內(nèi)阻)u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot無

6、濾波電容時(shí)的波形加入濾波電容時(shí)的波形232022/9/3電工技術(shù)uotu2上升， u2大于電容上的電壓uc，u2對(duì)電容充電，uo= uc u2u2下降， u2小于電容上的電壓。二極管承受反向電壓而截止。電容C通過RL放電， uc按指數(shù)規(guī)律下降，時(shí)間常數(shù) = RL C242022/9/3電工技術(shù)u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uc時(shí)，才有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。二極管中的電流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC252022/9/3電工技術(shù)u2tuot電容充電時(shí)，電容電壓滯后于u2。RLC越小，輸出電壓越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且RLC較大）

7、時(shí) (考慮整流電路內(nèi)阻)262022/9/3電工技術(shù)一般取)105(TCRL-=(T:電源電壓的周期)近似估算: UoU2 Io= Uo/RL流過二極管瞬時(shí)電流很大RLC 越大 Uo越高負(fù)載電流的平均值越大 ; 整流管導(dǎo)電時(shí)間越短 iD的峰值電流越大(b)電容濾波電路的特點(diǎn) 輸出電壓 平均值Uo與時(shí)間常數(shù) RLC 有關(guān)RLC 愈大 電容器放電愈慢 Uo(平均值)愈大 二極管承受的最高反向電壓272022/9/3電工技術(shù)(2)電感濾波電路電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。u2u1RLLuo282022/9/3電工技術(shù)電感濾波原理對(duì)諧波分量: f 越高，XL 越大

8、,電壓大部分降在XL上。 因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。Uo=0.9U2當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：u2u1RLLuo對(duì)直流分量: XL=0 相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上292022/9/3電工技術(shù)(3) RC 型濾波器改善濾波特性的方法：采取多級(jí)濾波uoRu2u1C1C2uo1RLRC 型濾波器將RC 型濾波器中的電阻換為電感，變?yōu)長C 型濾波器302022/9/3電工技術(shù)4. 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用:交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩(wěn)壓直流電壓312022/9/3電工技術(shù)穩(wěn)壓電源類型:以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電

9、路常用穩(wěn)壓電路(小功率設(shè)備)電路最簡單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。效率較高，目前用的也比較多，但因?qū)W時(shí)有限，這里不做介紹。322022/9/3電工技術(shù)(1) 穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)(a)穩(wěn)壓系數(shù) S（越小越好） 穩(wěn)壓系數(shù)S反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。(b)輸出電阻Ro （越小越好） 輸出電阻用來反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。定義為當(dāng)輸入電壓固定時(shí)輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實(shí)際上就是電源戴維南等效電路的內(nèi)阻。332022/9/3電工技術(shù)(2)串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路(a)電路結(jié)構(gòu)的一般形

10、式串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的組成：（1）基準(zhǔn)電壓； （2）比較放大；（3）輸出電壓取樣電路；（4）調(diào)整元件UOT+_UI比較放大基 準(zhǔn)電壓Uo取樣URFUORL調(diào)整元件+342022/9/3電工技術(shù) 因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，為深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱之為： 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。若因輸入電壓變化或負(fù)載變化而使UO加大,比較放大電路使UB1變小,從而使UO降低.UOT1+_UI比較放大基 準(zhǔn)電壓Uo取樣URFUORL調(diào)整元件+UB1+UIUoRLR3比較放大352022/9/3電工技術(shù)T1調(diào)整管R3 、 T2比較放大R1 、 RW 、R2采樣電阻R 、 UZ基準(zhǔn)電壓(b)一種實(shí)際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源R

11、3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2362022/9/3電工技術(shù)穩(wěn)壓原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2 （UB1 ）Uo當(dāng) UI 增加或輸出電流減小使 Uo升高時(shí)R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2 （UB1 ）372022/9/3電工技術(shù)(c) 輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍因?yàn)椋篛U2BEZUU+22WRR+21WRRR+=()22221BEZWWOUURRRRRU+=所以：2221ZWWURRRRR+=忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2382022/9/3電工技術(shù)例：U

12、I=18V，UZ=4V，R1=R2=RW，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU+=4=6V4.74.7+=4.74.7+4.7221ZWOmaxURRRRU+=4=12V4.74.7+=4.74.7392022/9/3電工技術(shù)(d) 實(shí)際的穩(wěn)壓電源采取的改進(jìn)措施1. 比較放大級(jí)采用差動(dòng)放大器或集成運(yùn)放2.調(diào)整管采用復(fù)合三極管3. 采用輔助電源(比較放大部分的電源)4. 用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益5. 內(nèi)部加短路和過熱保護(hù)電路R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化集成穩(wěn)壓電源402022/9/3電工技術(shù)5. 集成穩(wěn)壓電源特點(diǎn)：體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉內(nèi)部電路：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路類型：W7800系列 穩(wěn)定正電壓 W7805 輸出+5V W7809 輸出+9V W7812 輸出+12V W7815 輸出+15V W7900系列 穩(wěn)定負(fù)電壓 W7905 輸出-5V W7909 輸出-9V W7912 輸出-12V W7915 輸出-15V412022/9/3電工技術(shù)1端: 輸入端2端: 公共端3端: 輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形及接線圖123+_W7805UI+_Uo132CI0.11FCo1F