模電第八章直流電源

1、模電課件第八章直流電源1第1頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四8.1 單相整流電路小功率直流穩(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u4uou3u2交流電源負(fù)載變壓整流濾波穩(wěn)壓2第2頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四整流電路的作用: 將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。 常見(jiàn)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(shí)可把二極管當(dāng)作理想元件處理： 二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o(wú)窮大。整流原理： 利用二極管的單向?qū)щ娦?第3頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四8.1.1 單相半波整流電路

2、u20時(shí)，二極管導(dǎo)通。二極管導(dǎo)通i0u1u2aTbDRLu0忽略二極管正向壓降： u0=u24第4頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四8.1.1 單相半波整流電路u20 時(shí)D1,D3導(dǎo)通D2,D4截止電流通路:由+ 經(jīng)D1RLD3 -u20 時(shí)D2,D4導(dǎo)通D1,D3截止電流通路:由- 經(jīng)D2RLD4 +輸出是脈動(dòng)的直流電壓！u2橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLu0+-10第10頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四2、負(fù)載上的直流電壓UL和直流電流IL的計(jì)算RLu2ILUL1234ab+ +

3、負(fù)載電壓 UL的平均值為:負(fù)載上的(平均)電流:uL11第11頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四3、整流元件的選擇平均電流(ID)與反向峰值電壓(URM)是選擇二極管的主要依據(jù)。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(guò)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：12第12頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2 或D4 斷開(kāi)時(shí)負(fù)載電壓的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？如果D2 或D4因擊穿短路，后果又如何？ uo+_u+_RLD2D4 D1D3解

4、：當(dāng)D2或D4斷開(kāi)后 電路為單相半波整流電路。正半周時(shí)，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流通過(guò)，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時(shí)，D1和D3截止，負(fù)載中無(wú)電流通過(guò)，負(fù)載兩端無(wú)電壓， uo =0。 uo u 234twtw234oo13第13頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四 如果D2或D4接反 則正半周時(shí)，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、D4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(shí)，情況與D2或D4接反類(lèi)似，電源及D1或D3也將因電流過(guò)大而燒壞。uo+_u+_RLD2D4 D1 D31

5、4第14頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四例：有一直流負(fù)載，要求電壓為27V,電流為90A。采用單相橋式整流電路，試選用所需的整流元件。解：根據(jù)給定條件，整流元件所通過(guò)的電流整流元件所承受的最大反向電壓因此，選用的整流元件必須是額定電流IF45A,最高反向工作電壓URM42V.15第15頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四8.2 濾波電路 整流電路輸出波形中含有較多的紋波成分，與所要求的波形相距甚遠(yuǎn)。所以通常在整流電路后接濾波電路以濾去整流輸出電壓的紋波。8.2.1 電容濾波8.2.2 電感濾波16第16頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分

6、，星期四8.2.1 電容濾波 利用電容器兩端的電壓不能突變的特點(diǎn)，將電容器與負(fù)載電阻并聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形平滑的目的。 從能量的觀點(diǎn)看，由于電抗元件有儲(chǔ)能的作用，并聯(lián)的電容器C在電源電壓升高時(shí)，把部分能量存儲(chǔ)起來(lái)；而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電壓平滑。（1）電容濾波電路17第17頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四(2)濾波原理負(fù)載RL未接入：ui0，經(jīng)D1、3向C充電；ui0，經(jīng)D2、4向C充電；充電=RintC很小，電容很快充到u2最大值。負(fù)載RL接入： u2uC，D導(dǎo)通，C經(jīng)D充電，因充電較小，故uC按指數(shù)規(guī)律快速上升。 如此周而復(fù)始地進(jìn)行充放電，形成

7、一個(gè)近似鋸齒波的電壓，使負(fù)載電壓的紋波成分大為減少。18第18頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四結(jié)論1結(jié)論2 濾波電路中二極管的導(dǎo)電角180,導(dǎo)電時(shí)間縮短。 因此，在短暫的導(dǎo)電時(shí)間內(nèi)流過(guò)二極管很大的沖擊電流，這對(duì)管子是不利的，必須選擇較大容量的二極管。 由于電容的儲(chǔ)能作用，使得輸出波形比較平滑，脈動(dòng)成分降低輸出電壓的平均值增大。演示19第19頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四 結(jié)論3 放電=RLC越大,放電過(guò)程越慢，輸出電壓中脈動(dòng)（紋波）成分越少，濾波效果越好。一般?。?放電（35）T/2，T為電源交流電壓的周期。 當(dāng)L很大，即IL很小時(shí)，盡管C較小

8、, RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，所以電容濾波適合輸出電流較小的場(chǎng)合放電增大t2點(diǎn)要右移， t3點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)通角減小，見(jiàn)曲線3。20第20頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四 整流濾波電路中，輸出直流電壓Uo隨負(fù)載電流 Io的變化關(guān)系曲線稱(chēng)外特性。（3）外特性輸出直流電壓Uo隨負(fù)載電流 Io增加而減小。C值一定，當(dāng)RL=（空載）時(shí)，當(dāng)C=0 （無(wú)電容） 時(shí)，當(dāng)整流電路內(nèi)阻不大（幾歐）且放電時(shí)間常數(shù)滿足21第21頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四8.2.2 電感濾波（1）濾波原理:對(duì)直流分量( f=0):XL=0 相當(dāng)于短路,電

9、壓大部分降在RL上。對(duì)諧波分量: f 越高,XL越大,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。U0=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：u2u1RLLu022第22頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四（2）電感濾波的特點(diǎn): 整流管導(dǎo)電角較大,峰值電流很小,輸出特性比較平坦,適用于低電壓大電流(RL較小)的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是電感鐵芯笨重,體積大,易引起電磁干擾。u2u1RLLu023第23頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四例： 有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率 f=50Hz，負(fù)載電阻 RL = 200，要求直

10、流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。流過(guò)二極管的電流二極管承受的最高反向電壓變壓器副邊電壓的有效值 uRLuo+C解：1. 選擇整流二極管可選用二極管IOM =100mA UDRM =50V 24第24頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四取 RLC = 5 T/2已知RL = 2002. 選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器 uRLuo+C25第25頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四8.3 串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路UI的變化由UCE調(diào)節(jié)，因此三極管被稱(chēng)為調(diào)整管。 因?yàn)镮z=IR+IB，有|Iz|=|IB|。只要Iz在穩(wěn)壓管

11、的正常范圍內(nèi)，Uz就基本保持不變。1、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路Uo=UzUBE1）當(dāng)電網(wǎng)電壓UI波動(dòng)時(shí)Uo基本不變。2）當(dāng)RL變化引起輸出電流的變化時(shí) 由于UR = UI Uz 不變，故流過(guò)R的電流不變。演示26第26頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四 輸出電流的變化可擴(kuò)大為（1+）Iz 。 由于三極管與負(fù)載是串聯(lián)的關(guān)系此電路稱(chēng)為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。 為了改進(jìn)穩(wěn)壓性能和使輸出電壓可隨意調(diào)節(jié)，可 1）引入深負(fù)電壓反饋使輸出電阻很小，以穩(wěn)定輸出電壓； 2）引入可隨意調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的放大器以改變輸出電壓。 上述電路穩(wěn)壓值是固定的，使用不方便。需要向穩(wěn)壓性能好和輸出電壓可隨意調(diào)節(jié)方向改進(jìn)。 想一

12、想，該怎么做?27第27頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四2、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路1）電路組成和工作原理組成：采樣電路基準(zhǔn)電壓和放大電路調(diào)整管28第28頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四穩(wěn)壓過(guò)程UI或Io UoUFUidUBICUCEUo 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是通過(guò)電壓負(fù)反饋使輸出電壓保持基本穩(wěn)定的過(guò)程。29第29頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四2）輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍 Uo的調(diào)節(jié)通過(guò)采樣電路R2的滑動(dòng)端位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。深度負(fù)反饋下，注意： 調(diào)整管T的調(diào)整作用是靠UF和UREF的偏差來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)為閉環(huán)有差調(diào)整系統(tǒng)。

13、 基準(zhǔn)電壓直接影響穩(wěn)壓電源的性能。30第30頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四3) 穩(wěn)壓電路的保護(hù)環(huán)節(jié) 在串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)，故 ICIL 當(dāng)輸出電流過(guò)大或輸出短路時(shí)，調(diào)整管會(huì)因?yàn)殡娏鬟^(guò)大而使管耗過(guò)大而損壞。因此，有必要對(duì)調(diào)整管加以保護(hù)。利用集成電路制造工藝，在調(diào)整管旁制作PN結(jié)溫度傳感器。當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)，啟動(dòng)保護(hù)電路工作，工作原理與反饋保護(hù)型相同。保護(hù)方法反饋保護(hù)型溫度保護(hù)型截流型限流型31第31頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四 電阻R 檢測(cè)調(diào)整管的電流，當(dāng)電流在額定范圍內(nèi)時(shí)UR不足以使T2導(dǎo)通；而當(dāng)電流超過(guò)額定值后，T2導(dǎo)通，將T

14、1的基極電流分走一部分，削弱了負(fù)反饋?zhàn)饔?。限流型保護(hù)電路調(diào)整管 當(dāng)調(diào)整管電流超過(guò)一定限度時(shí)，對(duì)它的基極電流進(jìn)行分流，以限制調(diào)整管的發(fā)射極電流不至于太大。 從這電路的外特性曲線可知，即使在輸出短路的情況下電流也不會(huì)太大。32第32頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四 1）當(dāng)正常工作時(shí)，T2處于截止?fàn)顟B(tài)，即：若UIUoU+Ub1 IC（Io）Uo 2）當(dāng)Io超過(guò)額定值時(shí)，保護(hù)管T2導(dǎo)通： 引起U+上升，穩(wěn)壓管因端電壓下降而截止，切斷了負(fù)反饋回路。 U+上升引起的一系列變化如下： U+Ub1Uc1（Uo） Ub2 Ic2U+這樣最終導(dǎo)致Uo接近于零，實(shí)現(xiàn)了截流作用。截流型保護(hù)電路

15、33第33頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四8.4 集成穩(wěn)壓器單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,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，輸出和公共引出端,故稱(chēng)之為三端固定式集成穩(wěn)壓器。1. 分類(lèi)XX兩位數(shù)字為輸出電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓輸出正電壓78XX 輸出負(fù)電壓79XX （1. 25 37 V 連續(xù)可調(diào)）34第34頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四2. 外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形1輸入端3 地 2 輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形1 地 3輸入端2 輸出端79xx塑料封裝35第35頁(yè)，共41

16、頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四3. 性能特點(diǎn)（7800、7900系列）輸出電流超過(guò) 1. 5 A（加散熱器）不需要外接元件內(nèi)部有過(guò)熱保護(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)輸出電壓容差為 4%輸出電壓額定值有: 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等 。36第36頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四輸出為固定正電壓時(shí)的接法如圖所示。 (1) 輸出為固定電壓的電路輸入與輸出之間的電壓差取35V！4. 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用COW7805CiUi+_+_UO123 0.10.33F1F 為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)。即用來(lái)改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。 用來(lái)抵消輸入端接線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。37第37頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四(2)同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路 15V23220V 18V+C 18V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO1F1F0.33F0.33F1000F1000F38第38頁(yè)，共41頁(yè)，2022年，5月20日，6點(diǎn)50分，星期四UXX: 為W78XX固定輸出電壓UO= UXX + U2（3）