第4章 直流穩(wěn)壓電源

第4章直流穩(wěn)壓電源

本章主要內容：整流濾波電路穩(wěn)壓電路

單相可控整流電路

第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路一、直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源是一種當電網電壓波動或負載改變時，能將輸出電壓維持基本穩(wěn)定的電源。其組成參見P83頁-圖4-1。一般由變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓等幾部分組成。電源變壓器用來將電網電壓變換到設備所需的電壓值；整流電路用來將交流電壓變換為單向脈動的直流電壓；濾波電路用來濾除整流后單向脈動電壓中的交流成分，使之成為平滑的直流電壓；穩(wěn)壓電路的作用是輸入交流電源電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路二、整流電路利用二極管的單向導電性可實現(xiàn)單相整流和三相整流。單相整流多用小容量（200W以下）整流裝置三相整流多用于大容量整流裝置。第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路二、整流電路1、單相半波整流電路單相半波整流電路圖(a)所示，圖中Tr為電源變壓器，用來將市電220V交流電壓變換為整流電路所要求的交流低電壓，同時保證直流電源與市電電源有良好的隔離。設V為整流二極管，令它為理想二極管，RL為要求直流供電的負載等效電阻。第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路二、整流電路1、單相半波整流電路半波整流電路的參數估算：

變壓器二次變壓：輸出電壓的平均值：流過二極管的平均電流：二極管承受的反向峰值電壓：第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路二、整流電路1、單相半波整流電路半波整流電路的特點:負載上得到單方向的脈動電壓，由于電路只在u2的正半周有輸出，所以稱為半波整流電路。半波整流電路結構簡單，使用元件少，但整流效率低，輸出電壓脈動大，因此，它只使用于要求不高的場合。整流二極管的選擇：依據IF≥ID=IL，查閱有關半導體手冊≥第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路二、整流電路2、單相橋式整流電路工作原理和輸出波形:

第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路二、整流電路2、單相橋式整流電路橋式整流電路的特點:同方向的電流流過負載電阻RL，故RL上得到單方向全波脈動的直流電壓?？梢姡瑯蚴秸麟娐份敵鲭妷簽榘氩ㄕ麟娐份敵鲭妷旱膬杀?。橋式整流電路與半波整流電路相比較，其輸出電壓UO提高，脈動成分減小了。第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路二、整流電路2、單相橋式整流電路參數估算:

整流輸出電壓平均值：二極管平均電流：二極管最大反向電壓：第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路三、濾波電路

整流電路輸出的是脈動直流電，含有很大的交流成份，不能直接用作電子設備的直流電源。為此需要將脈動電流中的交流成份濾除掉，這一過程稱為濾波。濾波電路常用電容器和電感器等元件組成。常用的有電容濾波器、電感濾波器和復式濾波器第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路三、濾波電路

1、電容濾波電容濾波電路:

+第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路三、濾波電路

1、電容濾波工作原理:

設電容兩端初始電壓為零，并假定t=0時接通電路，u2為正半周，當u2由零上升時，D1、D3導通，C被充電，同時電流經D1、D3向負載電阻供電。忽略二極管正向壓降和變壓器內阻，電容充電時間常數近似為零，因此uo=uc≈u2，在u2達到最大值時，uc也達到最大值，然后u2下降，此時，uc>u2，D1、D3截止，電容C向負載電阻RL放電，由于放電時間常數τ=RLC一般較大，電容電壓uc按指數規(guī)律緩慢下降，當下降到|u2|>uc時，D2、D4導通，電容C再次被充電，輸出電壓增大，以后重復上述充放電過程。其輸出電壓波形近似為一鋸齒波直流電壓。第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路三、濾波電路

波形及輸出電壓:當RL=∞時，當RL為有限值時：通常取UO=1.2U2RC越大UO越大為獲得良好濾波效果，一般?。篟LC≥(3-5)T/2T為輸入交流電壓的周期1、電容濾波第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路三、濾波電路

1、電容濾波選濾波電容T=1/f=1/50=0.02sRLC≥(3-5)T/2當RL開路時Uo≈1.2U2第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路三、濾波電路

2、電感濾波和LC-型濾波第4章直流穩(wěn)壓電源

4.1整流濾波電路三、濾波電路

2、電感濾波和LC-型濾波電感濾波電路特點:電感L起著阻止負載電流變化使之趨于平直的作用。直流分量被電感L短路，交流分量主要降在L上，電感越大，濾波效果越好。一般電感濾波電路只使用于低電壓、大電流的場合。為了進一步減小負載電壓中的紋波可采用型LC濾波電路。由于C1、C2對交流容抗小，而電感對交流阻抗很大，因此，負載RL上的紋波電壓很小。LC-型濾波的特點:第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路一、穩(wěn)壓二極管及其穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓管的特性：當工作在反向擊穿時，流過穩(wěn)壓管的電流在相當大的范圍內變化，其兩端電壓基本不變。利用該特性實現(xiàn)電源的穩(wěn)壓功能。穩(wěn)壓電路的功能：當電網電壓變化或負載變化時通過電路保證輸出電壓基本不變。硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路及穩(wěn)壓原理：參見P90頁第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管在工作時應反接，并串入一只電阻。

電阻起限流作用，保護穩(wěn)壓管；其次是當輸入電壓或負載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管2、主要參數(1)穩(wěn)定電壓VZ在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應的反向工作電壓。第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管(2)動態(tài)電阻rZ

rZ=VZ/IZ，

rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。

(3)最大耗散功率

PZM

最大功率損耗取決于PN結的面積和散熱等條件。反向工作時PN結的功率損耗為

PZ=VZIZ，由

PZM和VZ可以決定IZmax。

(4)最大穩(wěn)定工作電流IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin

最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即PZmax=VZIZmax。而Izmin對應VZmin。若IZ＜IZmin則不能穩(wěn)壓。第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管

IR

IZ

Io穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓過程。RLIoIRVoIZIRVo第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路

二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路用來在交流電源電壓波動或負載變化時穩(wěn)定直流輸出電壓。采用三極管作為調整管并與負載串聯(lián)的穩(wěn)壓電路，稱為串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路；當調整管工作在線性放大狀態(tài)則稱為線性穩(wěn)壓器。第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路

二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理當輸入電壓UI增大（或負載電流IO減?。┮疠敵鲭妷篣O增加時，取樣電壓UF隨之增大，UZ與UF的差值減小，經A放大后使調整管的基極電壓UBI減小，集電極IC1減小，管壓降UCE增大，輸出電壓UO減小，從而使穩(wěn)壓電路的輸出電壓上升趨勢受到抑制，穩(wěn)定了輸出電壓。同例，當輸入電壓UI減小（或負載電流IO增大）引起輸出電壓UO減小時，電路將產生與上述相反的穩(wěn)壓過程，維持電壓基本不變?？梢姺€(wěn)壓的實質是UCE的自動調節(jié)使輸出電壓恒定。主要應用于小功率的穩(wěn)壓電源中。第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路

二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

2、輸出電壓的調節(jié)范圍第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路三、集成穩(wěn)壓器*1、三端固定輸出集成穩(wěn)壓器

1）CW7800系列(正電源)，CW7900系列(負電源)輸出電壓：5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V如CW7805輸出5V，最大電流1.5A；CW78M05輸出5V，最大電流0.5A；CW78L05輸出5V，最大電流0.1A。輸出電流：78L××/79L××—輸出電流100mA；78M××/9M××—輸出電流500mA；78××/79××—輸出電流1.5A。輸入端、輸出端、公共端三個端子，輸出電壓固定第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路三、集成穩(wěn)壓器*2）封裝和符號第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路三、集成穩(wěn)壓器*3）應用電路第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路三、集成穩(wěn)壓器*

2、三端可調輸出集成穩(wěn)壓器三端可調輸出集成穩(wěn)壓器是在三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的基礎上發(fā)展起來的，集成片的輸入電流幾乎全部流到輸出端，流到公共端的電流非常小，因此可以用少量的外部元件方便地組成精密可調的穩(wěn)壓電路，應用更為靈活。第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路三、集成穩(wěn)壓器*

2、三端可調輸出集成穩(wěn)壓器1）CW117/217/317系列(正電源)；CW137/237/337系列(負電源)

工作溫度：CW117(137)—-55150C；CW217(237)—-25150C；CW317(337)—0125C?；鶞孰妷海?.25V輸出電流：L型—輸出電流100mA；M型—輸出電流500mA。第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路三、集成穩(wěn)壓器*2、三端可調輸出集成穩(wěn)壓器2）CW117內部結構第4章直流穩(wěn)壓電源

4.2穩(wěn)壓電路三、集成穩(wěn)壓器*2、三端可調輸出集成穩(wěn)壓器3）基本應用電路UREF=1.25V，IREF≈50μA，使UREF很穩(wěn)定UO=UREF（R1+R2）+IREFR2≈1.25（1+R2/R1）第4章直流穩(wěn)壓電源

4.3單相可控整流電路

單向晶閘管在正向電壓作用下，通過改變控制極觸發(fā)時間，即可控制晶閘管導通時間。利用晶閘管該特性，可以實現(xiàn)將交流電變?yōu)榇笮】烧{的直流電。而這種電路就稱為可控整流電路。第4章直流穩(wěn)壓電源

4.3單相可控整流電路一、單相半波可控整流電路（阻性負載）1.電路結構如P96-圖4-23示。由主電路和觸發(fā)電路組成2.工作原理控制角αЫ：晶閘管承受正向電壓而不導通的角度范圍導通角θ：晶閘管導通的范圍，=-α。導通角越大，負載上電壓平均值UL就越大。通過改變控制角α的大小，便可以調整輸出電壓UL，實現(xiàn)可控整流。波形圖參見P96-圖4.24第4章直流穩(wěn)壓電源

4.3單相可控整流電路一、單相半波可控整流電路（阻性負載）3.參數計算負載電壓：負載電流：晶閘管陽極電流：晶閘管承受的最大反向電壓：第4章直流穩(wěn)壓電源

4.3單相可控整流電路二、單相半控橋式整流電路整流主電路與普通二極管橋式整流電路相似，只是將其中的兩個二極管換成了晶閘管。電路與波形圖參見P98頁習題一、填空題1.直流穩(wěn)壓電源一般由

、

、

和

組成。2.將交流電轉換為直流電的過程稱為

。3.將脈動直流中的交流成分濾出掉，這一過程稱為

。4.穩(wěn)壓電路使直流輸出電壓不受

或

的影響。5.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由

、

、

和

組成。電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流濾波交流電源波動負載大小變化調整管基準電壓取樣電路比較放大電路二、選擇題1.設電源變壓器次級電壓的有效值是,則單相橋式整流電路中，A、1.2B、0.9C、0.45D、負載上的平均值是（）。2.設電源變壓器次級電壓的有效值是,則單相橋式整流電路中，電阻性負載，理想二極管承受的最大反向電壓是（）。A、小于B、等于C、大于3.單相橋式整流、濾波電路中，設電源變壓器次級電壓的有效值是則空載時電路輸出電壓是（），負載時電路的輸出電壓是（）。A、1.4B、1.2C、0.9D、0.4519.電容濾波常用于（）場合。A.平均電壓低，負載電流大B.平均電壓高，負載電流大C.平均電壓低，負載電流小D.平均電壓高負載電流小，負載變化小D.截止和飽和20.串聯(lián)（線性）穩(wěn)壓電壓的調整管工作在（）區(qū)。A.截止B.放大C.飽和21.單相可控整流電路，若輸入電壓為,晶閘管導通角度為30°，則阻性B、C、D、A、負載上的電壓平均值為（）。四、判斷題（對的打“√”；錯的打“×”）1.可控整流電路輸出電壓的大小是可調的。（