電工電子課程設(shè)計(jì)-直流穩(wěn)壓電源

電工電子課程設(shè)計(jì)-直流穩(wěn)壓電源第一頁(yè)，共39頁(yè)。6.1整流電路整流電路的作用:

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?，反向電阻為無(wú)窮大。整流原理：利用二極管的單向?qū)щ娦郧耙豁?yè)后一頁(yè)返回第二頁(yè)，共39頁(yè)。–aTDuoubRLio++–6.1.1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uouDu前一頁(yè)后一頁(yè)u

負(fù)半周，Va<Vb，二極管D截止。+–1.電路結(jié)構(gòu)返回第三頁(yè)，共39頁(yè)。4.參數(shù)計(jì)算：1）整流電壓平均值Uo2）整流電流平均值Io3）流過(guò)每管電流平均值ID4）每管承受的最高反向電壓UDRM前一頁(yè)后一頁(yè)返回第四頁(yè)，共39頁(yè)。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前一頁(yè)后一頁(yè)返回第五頁(yè)，共39頁(yè)。....RLu。。iouo1234ab+–+–6.1.2單相橋式整流電路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uouDuD2uD4前一頁(yè)后一頁(yè)u+–+–1.電路結(jié)構(gòu)返回第六頁(yè)，共39頁(yè)。....RLu。。iouo1234ab+–+–3、工作波形2、工作原理6.1.2單相橋式整流電路1、電路結(jié)構(gòu)u

正半周，Va>Vb，二極管1、3導(dǎo)通，2、4截止。u

負(fù)半周，Va<Vb，二極管2、4導(dǎo)通，1、3截止。uouDuD2uD4uD1uD3前一頁(yè)后一頁(yè)EDAu+–+–返回第七頁(yè)，共39頁(yè)。4、參數(shù)計(jì)算：1）整流電壓平均值Uo2）整流電流平均值Io3）流過(guò)每管電流平均值ID4）每管承受的最高反向電壓UDRM前一頁(yè)后一頁(yè)返回第八頁(yè)，共39頁(yè)。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

前一頁(yè)后一頁(yè)返回第九頁(yè)，共39頁(yè)。①輸出直流電壓高；②脈動(dòng)較??；③二極管承受的最大反向電壓較低；④電源變壓器得到充分利用。前一頁(yè)后一頁(yè)目前，半導(dǎo)體器件廠已將整流二極管封裝在一起，制成單相及三相整流橋模塊，這些模塊只有輸入交流和輸出直流引線。減少接線，提高了可靠性，使用起來(lái)非常方便。橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)：跳轉(zhuǎn)返回第十頁(yè)，共39頁(yè)。前一頁(yè)后一頁(yè)解：變壓器副邊電壓有效值例：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐?，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?？紤]到變壓器副繞組及二極管上的壓降，變壓器副邊電壓一般應(yīng)高出5%~10%，即取U=1.1111122V返回第十一頁(yè)，共39頁(yè)。前一頁(yè)后一頁(yè)解：整流電流的平均值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流過(guò)每只二極管電流平均值返回每只二極管承受的最高反向電壓第十二頁(yè)，共39頁(yè)。6.2濾波電路交流電壓經(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))。前一頁(yè)后一頁(yè)返回第十三頁(yè)，共39頁(yè)。....RLu。。iouo1234ab++––9.2.1電容濾波電路

1.電路結(jié)構(gòu)2.工作原理..+Cici|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。

|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。前一頁(yè)后一頁(yè)uc+–返回第十四頁(yè)，共39頁(yè)。3、工作波形utuot無(wú)濾波時(shí)的輸出波形有濾波時(shí)的輸出波形|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。

|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。流過(guò)二極管的電流波形二極管導(dǎo)通時(shí)間縮短，流過(guò)二極管的電流為脈沖電流前一頁(yè)后一頁(yè)返回第十五頁(yè)，共39頁(yè)。4、電容濾波電路的特點(diǎn)(T:電源電壓的周期)(1)輸出電壓的波形與平均值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:Uo=1.2U(

橋式、全波）

Uo=1.0U（半波）前一頁(yè)后一頁(yè)負(fù)載RL開(kāi)路時(shí)，UO=？返回第十六頁(yè)，共39頁(yè)。（2)、輸出特性(外特性)有電容濾波1.4U無(wú)電容濾波0.9UUooIo結(jié)論電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。（3）流過(guò)二極管的瞬時(shí)電流很大故選管時(shí)一般?。呵耙豁?yè)后一頁(yè)

RLC

越大Ｕo越高，Io越大整流管導(dǎo)通時(shí)間越短iD的峰值電流越大。返回第十七頁(yè)，共39頁(yè)。6.2.2電感濾波電感濾波電路1、電路結(jié)構(gòu):在整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。前一頁(yè)后一頁(yè)LuRLuo++––返回第十八頁(yè)，共39頁(yè)。2、濾波原理:對(duì)直流分量(f=0):XL=0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)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：U0=0.9U前一頁(yè)后一頁(yè)LuRLuo++––返回第十九頁(yè)，共39頁(yè)。3、電感濾波的特點(diǎn):整流管導(dǎo)通角較大，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。前一頁(yè)后一頁(yè)LuRLuo++––返回第二十頁(yè)，共39頁(yè)。舉例：

4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因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3返回前一頁(yè)后一頁(yè)第二十一頁(yè)，共39頁(yè)。解：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)載中有電流過(guò)，兩端有電壓uo=u；負(fù)半周時(shí)，D1和D3截止，負(fù)載中無(wú)電流通過(guò)，兩端無(wú)電壓，u0=0。波形如圖所示。uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4π返回前一頁(yè)后一頁(yè)第二十二頁(yè)，共39頁(yè)。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。4uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3返回前一頁(yè)后一頁(yè)第二十三頁(yè)，共39頁(yè)。uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3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。返回前一頁(yè)后一頁(yè)第二十四頁(yè)，共39頁(yè)。6.3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。

它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。返回前一頁(yè)后一頁(yè)第二十五頁(yè)，共39頁(yè)。其中穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路最簡(jiǎn)單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源效率較高，目前用的也比較多，但因?qū)W時(shí)有限，這里不做介紹。6.3穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路(小功率設(shè)備)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路返回前一頁(yè)后一頁(yè)第二十六頁(yè)，共39頁(yè)。6.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理Uo=UzIR=Io+IzUIUZRL(Io)IR

設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化+–UIUo基本不變IR

(IRR)基本不變限流調(diào)壓Uo

(Uz)

IZ..。RL.+C...IoUo1234+–。+–uiIR..RDzIz1.電路穩(wěn)壓電路返回前一頁(yè)后一頁(yè)第二十七頁(yè)，共39頁(yè)。6.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理Uo=UzIR=Io+IzUIUZ+–UI..。RL.+C...IoUo1234+–。+–uiIR..RDzIz1.電路UIUo

(Uz)IZ

IR

設(shè)負(fù)載RL一定，UI變化Uo基本不變

IRR

返回前一頁(yè)后一頁(yè)第二十八頁(yè)，共39頁(yè)。3.參數(shù)的選擇（1）UZ

=Uo（2）Izmax

（1.5~3）Iomax（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(chǎng)合。為保證穩(wěn)壓管正常工作返回前一頁(yè)后一頁(yè)第二十九頁(yè)，共39頁(yè)。6.3.2集成穩(wěn)壓器單片集成穩(wěn)壓器，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)壓器只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。返回前一頁(yè)后一頁(yè)第三十頁(yè)，共39頁(yè)。1.分類(lèi)型號(hào)后XX兩位數(shù)字代表輸出電壓值W78系列(輸出正電壓)、W79系列(輸出負(fù)電壓)。輸出電壓額定值有:5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。返回前一頁(yè)后一頁(yè)第三十一頁(yè)，共39頁(yè)。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塑料封裝返回前一頁(yè)后一頁(yè)第三十二頁(yè)，共39頁(yè)。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%返回前一頁(yè)后一頁(yè)第三十三頁(yè)，共39頁(yè)。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。0.005~0.02%返回前一頁(yè)后一頁(yè)第三十四頁(yè)，共39頁(yè)。4.主要參數(shù)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。0.1~1.0%返回前一頁(yè)后一頁(yè)3)最小輸入-輸出電壓差(UI-Uo)min

4)最大輸入電壓UImax

5)最大輸出電流Iomax

6)最大功耗PM

第三十五頁(yè)，共39頁(yè)。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W7800系列穩(wěn)壓器基本接線圖輸入與輸出端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