英才學(xué)院《電工學(xué)》課件12直流穩(wěn)壓電源

1、12.3 直流穩(wěn)壓電源12.1 整流電路12.2 濾波電路12.4 晶閘管和可控整流電路第1 2 章 直流穩(wěn)壓電源 本章教學(xué)要求：1. 理解單相整流電路和濾波電路的工作原理及 參數(shù)的計算;2. 了解穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作 原理;3. 了解集成穩(wěn)壓電路的性能及應(yīng)用。小功率直流穩(wěn)壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適 的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負(fù)載變壓整流濾波穩(wěn)壓12.1 整流電路整流電路的作用: 將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。 常見的整流電路： 半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。分析時可把二極管當(dāng)作理想元件處理： 二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電?/p>

2、為無窮大。整流原理： 利用二極管的單向?qū)щ娦評DO12.1.1 單相半波整流電路2. 工作原理 u 正半周，上正下負(fù)，二極管D導(dǎo)通； uo = u3. 工作波形 u 負(fù)半周，上負(fù)下正， 二極管D 截止 。 uD = u1. 電路結(jié)構(gòu) +aTrDuoubRLio動畫utOuoO4. 參數(shù)計算(1) 整流電壓平均值 Uo(2) 整流電流平均值 Io(3) 流過每管電流平均值 ID(4) 每管承受的最高反向電壓 UDRM(5) 變壓器副邊電流有效值 I5. 整流二極管的選擇 平均電流 ID 與最高反向電壓 UDRM 是選擇整流二極管的主要依據(jù)。選管時應(yīng)滿足： IOM ID ， URWM （1.52)

3、 UDRM 12.1.2 單相橋式整流電路工作原理 u 正半周，VaVb，二極管 D1、 D3 導(dǎo)通， D2、 D4 截止 。3. 工作波形uD2uD41. 電路結(jié)構(gòu)uouDttRLuiouo1234ab+ + 動畫u例1：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 RL = 50，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。 I = 1.11 Io= 2 1.11 = 2. 2 A 變壓器副邊電流有效值變壓器容量 S = U I = 122 2.2 = 268. 4V A變壓器副邊電壓 U 122 V 可選用二極管2CZ11C，其最大整流電流為1A，反向工作

4、峰值電壓為300V。例2： 試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2 或D4 斷開時負(fù)載電壓的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？如果D2 或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？ uo+_u+_RLD2D4 D1D3解：當(dāng)D2或D4斷開后 電路為單相半波整流電路。正半周時，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流過，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時，D1和D3截止，負(fù)載中無電流通過，負(fù)載兩端無電壓， uo =0。 uo u 234twtw234oo 如果 D4 (或D2)接反 則正半周時，二極管D1、D4 (或D2、D3 )導(dǎo)通，電流經(jīng)D1、D4 (或D2、D3 )而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D

5、4 (或D2、D3 )將被燒壞。 如果D2或D4因擊穿燒壞而短路 則正半周時，情況與D2或D4接反類似，電源及D1或D3也將因電流過大而燒壞。uo+_u+_RLD2D4 D1 D312.1.3 三相橋式整流電路2. 工作原理在每一瞬間共陰極組中陽極電位最高的二極管導(dǎo)通；共陽極組中陰極電位最低的二極管導(dǎo)通。1. 電路 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o 三相變壓器原繞組接成三角形，副繞組接成星形共陽極組共陰極組 在 t1 t2 期間共陰極組中a點電位最高，D1 導(dǎo)通； 共陽極組中b點電位最低，D4 導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓uab。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io

6、Cbau+ o負(fù)載電壓2. 工作原理變壓器副邊電壓動畫uouaubuC2uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9 在 t2 t3 期間共陰極組中a點電位最高，D1 導(dǎo)通； 共陽極組中c點電位最低，D6 導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓uaC。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o負(fù)載電壓2. 工作原理變壓器副邊電壓uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo 在 t3 t4 期間共陰極組中b點電位最高，D3 導(dǎo)通； 共陽極組中c點電位最低，D6 導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓ubC。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o負(fù)載電壓2. 工作原理變壓

7、器副邊電壓uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo 在 t4 t5 期間共陰極組中b點電位最高，D3 導(dǎo)通； 共陽極組中a點電位最低，D2 導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓uba。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o負(fù)載電壓2. 工作原理變壓器副邊電壓uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo2. 工作原理結(jié)論： 在一個周期中，每個二極管只有三分之一的時間導(dǎo)通（導(dǎo)通角為120）。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io cbau+ o變壓器副邊電壓負(fù)載電壓負(fù)載兩端的電壓為線電壓。uouaubuC23

8、. 參數(shù)計算(1) 整流電壓平均值 Uo(2) 整流電流平均值 Io(3) 流過每管電流平均值 ID(4) 每管承受的最高反向電壓 UDRM+- 整流橋塊+- 三端固定式集成穩(wěn)壓器 CW7800 系列正電壓穩(wěn)壓器。 CW7900 系列負(fù)電壓穩(wěn)壓器。 1 2 3 IN GND OUT 78 1 2 3 GND OUT IN 79 外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形1輸入端3 公共端2 輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形1 公共端3輸入端2 輸出端79xx塑料封裝12.2 濾波器 交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成份又有交流成份。 濾波原理：濾波電路利用儲能元件電容兩

9、端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性, 濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。 方法：將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))。 12.2.1 電容濾波器 1. 電路結(jié)構(gòu)2. 工作原理 u uC時，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時也給電容充電， uC 增加，uo= uC 。 u IOM時，UR較大，T導(dǎo)通 ，IO=IOM + IC R 可由功率管 T的UBE和穩(wěn)壓器的IOM確定, 即R UBE /IOM 。6. 三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用 流過調(diào)整端電流 0、EG 0EGEA+_R 晶閘管導(dǎo)通后，去掉EG ， 依靠正反饋，仍可維持導(dǎo)

10、通狀態(tài)。2 工作原理GEA 0、EG 0KEA+_R T1T2EGA形成正反饋過程晶閘管導(dǎo)通的條件： 1. 晶閘管陽極電路(陽極與陰極之間)施加正向電壓。 2. 晶閘管控制電路(控制極與陰極之間)加正向電壓或正向脈沖(正向觸發(fā)電壓)。 晶閘管導(dǎo)通后，控制極便失去作用。 依靠正反饋，晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管關(guān)斷的條件： 1. 必須使可控硅陽極電流減小,直到正反饋效應(yīng)不能維持。 2. 將陽極電源斷開或者在晶閘管的陽極和陰極間加反相電壓。正向特性反向特性URRMUFRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBO正向轉(zhuǎn)折電壓IHoUIIG0IG1IG2+_+_反向轉(zhuǎn)折電壓正向平均電流維持電流U3

11、伏安特性4 主要參數(shù)UFRM:正向重復(fù)峰值電壓（晶閘管耐壓值）晶閘管控制極開路且正向阻斷情況下,允許重復(fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓。一般取UFRM = 80% UB0 。普通晶閘管 UFRM 為100V 3000V反向重復(fù)峰值電壓控制極開路時,允許重復(fù)作用在晶閘管元 件上的反向峰值電壓。一般取 URRM = 80% UBR 普通晶閘管 URRM為100V3000VURRM：正向平均電流環(huán)境溫度為40C及標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，晶閘管處于全導(dǎo)通時可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流的平均值。 IF：IFt2如果正弦半波電流的最大值為Im, 則普通晶閘管IF為1A 1000A。UF: 通態(tài)平均電壓（管壓降）

12、在規(guī)定的條件下，通過正弦半波平均電流時， 晶閘管陽、陰極間的電壓平均值。 一般為1V左右。IH: 維持電流 在規(guī)定的環(huán)境和控制極斷路時，晶閘管維持導(dǎo) 通狀態(tài)所必須的最小電流。 一般IH為幾十 一百多毫安。UG、IG：控制極觸發(fā)電壓和電流 室溫下，陽極電壓為直流6V時，使晶閘管完 全導(dǎo)通所必須的最小控制極直流電壓、電流 。 一般UG為1到5V，IG為幾十到幾百毫安。晶閘管型號及其含義 導(dǎo)通時平均電壓組別共九級, 用字母AI表示0.41.2V額定電壓,用百位或千位數(shù)表示取UFRM或URRM較小者額定正向平均電流(IF)（晶閘管類型）P-普通晶閘管K-快速晶閘管S -雙向晶閘管 晶閘管KP普通型如K

13、P5-7表示額定正向平均電流為5A,額定電壓為700V。12.4.2 可控整流電路1 單相半波可控整流 1. 電阻性負(fù)載(1) 電路 u 0 時：若ug = 0，晶閘管不導(dǎo)通，u 0 時: 晶閘管承受反向電壓不導(dǎo)通, uo = 0, uT = u ，故稱可控整流?？刂茦O加觸發(fā)信號，晶閘管承受正向電壓導(dǎo) 通，uuoRL+uT+Tio(2) 工作原理t12u 0時: tO tO 接電阻負(fù)載時單相半波可控整流電路電壓、電流波形動畫控制角t1 tO tOt22tO導(dǎo)通角(3)工作波形(4)整流輸出電壓及電流的平均值由公式可知：改變控制角，可改變輸出電壓Uo。2. 電感性負(fù)載與續(xù)流二極管(1)電路 當(dāng)電

14、壓u過零后，由于電感反電動勢的存在，晶閘管在一段時間內(nèi)仍 維持導(dǎo)通，失去單向?qū)щ娮饔?。uuoR+uT+TLeL 在電感性負(fù)載中 ,當(dāng)晶閘管剛觸發(fā)導(dǎo)通時，電感元件上產(chǎn)生阻礙電流變化的感應(yīng)電勢(極性如圖)，電流不能躍變，將由零逐漸上升(見波形)。 tOtO tOt1 tOt22 2) 工作波形(未加續(xù)流二極管)uuoR+uT+LTioDiou 0時： D反向截止，不影響整流電路工作。u 0時： D正向?qū)?晶閘管承受反向電壓關(guān)斷,電感元件L釋放能量形成的電流經(jīng)D構(gòu)成回路(續(xù)流),負(fù)載電壓uo波形與電阻性負(fù)載相同(見波形圖)。3.電感性負(fù)載(加續(xù)流二極管)+(1) 電路(3)工作波形(加續(xù)流二極管)iL t tOtO2 tO12.2.2 單相半控橋式整流電路1. 電路2. 工作原理 T1和D2承受正向電壓。 T1控制極加觸發(fā)電壓, 則T1和D2導(dǎo)通，電流的通路為T1、T2 晶閘管D1、D2晶體管aRLD2T1b(1)電壓u 為正半周時io+T1T2RLuoD1D2au+b此時，T2和D1均承受反向電壓而截止。io+T1T2RLuoD1D2au+b T2和D1承受正向電壓。 T2控制極加觸發(fā)電壓, 則T2和D1導(dǎo)通，電流的通路為(2)電壓u 為負(fù)半周時bRLD1T2a此時，T1和D2均承受反向電壓而截止。 t tOtO3. 工作波形2動畫 tO4. 輸出電壓及電流的平均值兩種常用