電工學(xué)王懷平第19章直流穩(wěn)壓電源課件

第19章直流穩(wěn)壓電源19.2濾波器19.3直流穩(wěn)壓電源19.1整流電路本章要求：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(jì)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。第19章直流穩(wěn)壓電源第19章直流穩(wěn)壓電源小功率直流穩(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uDO19.1.1單相半波整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D導(dǎo)通；3.工作波形

u負(fù)半周，Va<Vb，二極管D截止。1.電路結(jié)構(gòu)–++–aTrDuoubRLio動(dòng)畫utOuoO4.參數(shù)計(jì)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(shí)應(yīng)滿足：

IOM

ID，URWMUDRM

例1：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為220V，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=1.11Io=21.11=2.2A

變壓器副邊電流有效值變壓器容量

S=UI=122

2.2=207.8VA變壓器副邊電壓U

122V可選用二極管2CZ11C，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為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(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，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時(shí)，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

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也將因電流過大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D3在t1~

t2

期間共陰極組中a點(diǎn)電位最高，D1導(dǎo)通；共陽極組中b點(diǎn)電位最低，D4導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓uab。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負(fù)載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓動(dòng)畫uouaubuC2uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9在t2~

t3

期間共陰極組中a點(diǎn)電位最高，D1導(dǎo)通；共陽極組中c點(diǎn)電位最低，D6導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓uaC。D1RLuoD6D3D5D4D2io

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(diǎn)電位最高，D3導(dǎo)通；共陽極組中c點(diǎn)電位最低，D6導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓ubC。D1RLuoD6D3D5D4D2io

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(gè)周期中，每個(gè)二極管只有三分之一的時(shí)間導(dǎo)通（導(dǎo)通角為120°）。D1RLuoD6D3D5D4D2iocbau++––

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。uouaubuC23.參數(shù)計(jì)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UDRM19.2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))。4.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。近似估算取：

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無電容濾波0.45UUooIO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)載變化較小的場合。(3)流過二極管的瞬時(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。iDtuotOO19.2.2電感電容濾波器1.電路結(jié)構(gòu)L

uRLuo++––~+C2.濾波原理對(duì)直流分量:XL=0，L相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對(duì)諧波分量:f越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負(fù)載上得到比較平滑的直流電壓。當(dāng)流過電感的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生自感電勢(shì)阻礙電流的變化,使負(fù)載電流和電壓的脈動(dòng)減小。

LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場合，用于高頻時(shí)更為合適。19.2.3形濾波器形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。

比形LC濾波器的體積小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器RuRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加，主要適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場合。N1N3C20.047FD2D3D4D12CZ12A×4N2FU23A2000F/50V+C1–24VFU11A直流24V交流～220V交直流收擴(kuò)兩用機(jī)電源19.3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。19.3.1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19.3.1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)ICM(3)UI

=(2~3)UO(4)為保證穩(wěn)壓管安全工作為保證穩(wěn)壓管正常工作適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負(fù)載變動(dòng)不大的場合。19.3.2恒壓源

由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運(yùn)算放大器可組成恒壓源。UZRFR2R1+–++–RL+–UZRDZ+UUORFR2R1++–+–RLRDZ+–UZ+U反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源改變RF即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓。UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R119.3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路結(jié)構(gòu)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。調(diào)整元件比較放大基準(zhǔn)電壓取樣電路當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓UO

升高時(shí)，有如下穩(wěn)壓過程：2.穩(wěn)壓過程由電路圖可知UOUfUBUOICUCE由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。UITR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R13.輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍

輸出電壓UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R119.3.4

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3.性能特點(diǎn)（7800、7900系列）輸出電流超過1.5A（加散熱器）不需要外接元件內(nèi)部有過熱保護(hù)內(nèi)部有過流保護(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。4.主要參數(shù)(1)電壓調(diào)整率SU(穩(wěn)壓系數(shù))

反映當(dāng)負(fù)載電流和環(huán)境溫度不變時(shí)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。(2)電流調(diào)整率SI

反映當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度不變時(shí)，輸出電流變化時(shí)輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓電路的帶負(fù)載能力。0.005~0.02%0.1~1.0%(3)輸出電壓UO

(6)最大輸入電壓UiM

(7)最大功耗PM

(4)最大輸出電流IOM

(5)最小輸入、輸出電壓差(Ui-UO

)min

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！5.三端固定輸出集成穩(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)。即用來改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。用來抵消輸入端接線較長時(shí)的電感效應(yīng)，