電工學(xué)簡(jiǎn)明教程(秦曾煌)第12章-直流穩(wěn)壓電源

第

12

章

直流穩(wěn)壓電源第

12

章直流穩(wěn)壓電源12.1整流電路12.2濾波器12.3直流穩(wěn)壓電源濾波整流穩(wěn)壓變壓交流電源負(fù)載OtuOtuOtuOtuOtu下圖是半導(dǎo)體直流電源的原理方框圖,它表示把交流電變換為直流電的過(guò)程。功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓整流電路中最常用的是單相橋式整流電路它由四個(gè)二極管

D1D4

接成電橋的形式構(gòu)成。12.1整流電路RLioD4D3D2D1~+u+uo整流原理：利用二極管的單向?qū)щ娦苑治鰰r(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?，反向電阻為無(wú)窮大。2.工作原理

u

正半周，Va>Vb，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+–+–－uRLuiouo1234ab+–+–uD2uD4uouDttuuD1uD3

u

負(fù)半周，Vb>Va，二極管

D2、D4

導(dǎo)通，D1、D3

截止。－在一個(gè)周期內(nèi)，通過(guò)電阻的電流方向相同，在負(fù)載上得到的是全波整流電壓uo。u

負(fù)半周電路通路－totototo2323Im2233uD1uD3uD4uD2uOuuDiO

由于二極管的正向壓降很小，因此可認(rèn)為uO

的波形和u的正半波是相同的。輸出電壓的平均值為式中U是變壓器二次電壓u的有效值。截止管所承受的最高反向電壓為下圖是單相橋式整流電路的簡(jiǎn)化畫法+uoRLio~+u

[例1]

已知負(fù)載電阻RL=80，負(fù)載電壓UO=110V。今采用單相橋式整流電路，交流電源電壓為380V。(1)如何選用晶體二極管？(2)求整流變壓器的變比及容量。[解](1)負(fù)載電流每個(gè)二極管通過(guò)的平均電流變壓器二次側(cè)電壓的有效值為考慮到變壓器二次繞組及管子上的壓降，變壓器二次側(cè)的電壓大約要高出10%，即1221.1=134V。于是因此可選用2CZ55E晶體二極管，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。(2)變壓器的變比及容量變壓器的變比變壓器二次側(cè)電流的有效值為變壓器的容量為可選用BK300(300V·A)，380/134V的變壓器。例2：試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開時(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因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLD2D4D1D3解：當(dāng)D2或D4斷開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

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo

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接反類似，電源及D1或D3也將因電流過(guò)大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D312.2

濾波器

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。

濾波原理：濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過(guò)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(dá)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(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時(shí)也給電容充電，uC

增加，uo=uC

。

u<uC時(shí)，二極管截止，電容通過(guò)負(fù)載RL

放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降，uo=uC

。+Cici

–++–aDuoubRLio=

uC

3.工作波形二極管承受的最高反向電壓為。uoutOtO4.電容濾波電路的特點(diǎn)(T—電源電壓的周期)(1)輸出電壓的脈動(dòng)程度與平均值Uo與放電時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)。

RLC

越大電容器放電越慢輸出電壓的平均值Uo

越大，波形越平滑。近似估算?。?/p>

Uo

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U

（半波）當(dāng)負(fù)載RL開路時(shí)，UO

為了得到比較平直的輸出電壓(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無(wú)電容濾波0.45U

UooIO結(jié)論

采用電容濾波時(shí)，輸出電壓受負(fù)載變化影響較大，即帶負(fù)載能力較差。因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場(chǎng)合。(3)流過(guò)二極管的瞬時(shí)電流很大選管時(shí)一般?。?/p>

IOM=2ID

RLC

越大ＵO

越高，IO

越大整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短iD

的峰值電流越大。iDtuotOO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2CP11IOM=100mAUDRM=50V

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，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。取RLC=5T/2已知RL=50uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器RL~+u12.2.2電感電容濾波器(LC濾波器)當(dāng)通過(guò)電感線圈的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化，因而使負(fù)載電流和負(fù)載電壓的脈動(dòng)大為減小。頻率越高，電感越大，濾波效果越好，而后又經(jīng)過(guò)電容濾波，使輸出電壓更為平直。L

C12.1.612.1.6選擇題：12.1.2、12.1.3作業(yè)12.3

直流穩(wěn)壓電源

穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓器）是為電路或負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出電壓的一種電子設(shè)備。

穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小基本上與電網(wǎng)電壓、負(fù)載及環(huán)境溫度的變化無(wú)關(guān)。理想的穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實(shí)際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)阻越小，穩(wěn)壓性能越好。

穩(wěn)壓電路是整個(gè)電子系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，也可以是一個(gè)獨(dú)立的電子部件。12.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化UO

基本不變IR

(IRR)基本不變UO

(UZ

)IZ1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路12.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUIUZ設(shè)負(fù)載RL一定，UI變化

UO

基本不變IRRIZIR1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz3.參數(shù)的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~3)IOM(3)UI

=(2~3)UO適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。

[例1]有一穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，負(fù)載電阻RL

由開路變到3k，交流電壓經(jīng)整流濾波后得出UI=30V。今要求輸出直流電壓UO=12V，試選擇穩(wěn)壓管DZ。[解]根據(jù)輸出電壓UO=12V的要求，負(fù)載電流最大值可選擇穩(wěn)壓管2CW60，其穩(wěn)定電壓UZ=(11.5~12.5)V，其穩(wěn)定電流IZ=5mA，最大穩(wěn)定電流IZM=19mA。12.3.2

集成穩(wěn)壓電源單片集成穩(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,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。1.

分類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（1.25~37V連續(xù)可調(diào)）2.外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形輸出正電壓1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形輸出負(fù)電壓1—

公共端3—輸入端2—輸出端79xx塑料封裝3.

性能特點(diǎn)（7800、7900系列）輸出電流超過(guò)1.5A（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。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不得低于3V！4.三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用COW7805CiUi+_+_UO123

0.1~1F1F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。即用以改善波形。(2)同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路23220V

24V+C

24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO–15V1F1F0.33F0.33F1000F1000FUXX:

為W78XX固定輸出電壓UO=UXX+UZ（3）提高輸出電壓的電路COW78XXCiUI+_+_UO123UXXUZRDZ+_+_IO=I2+IC（4）提高輸出電流的電路當(dāng)IO較小時(shí)，UR較小，T截止，IC=0。COW78XXCiUI+_+_UO123RURICI2IOT+–當(dāng)UR足夠大時(shí)，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RUBE/IOM。(5)

輸出電壓可調(diào)的電路W78

CiCO+UI

+U+++UOR1R2R3R4可見移動(dòng)電位器滑動(dòng)端，改變電阻R2和R1的比值，便可調(diào)節(jié)輸出電壓UO的大小。5.

三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用流過(guò)調(diào)整端電流<100μA，在要求不高的場(chǎng)合它在R2上的壓降可以忽略2、1兩端電壓為1.25V—

基準(zhǔn)電壓COCW117CiUi+_+_UO321AdjR1R22401μF0.1μFCW117為三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器輸出電壓可調(diào)范圍為1.2—37V，輸出電流可達(dá)1.5A1腳為調(diào)整端，2腳為輸出端，3腳為輸入端334.穩(wěn)壓電源元器件識(shí)別開關(guān)穩(wěn)壓電源電路結(jié)構(gòu)