模電第十章-直流電源

章直流電源

2021/5/91第十章直流電源§10.1

直流電源的組成§10.2

單相整流電路§10.4

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路§10.5

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路§10.6

開關(guān)型穩(wěn)壓電路§10.3

濾波電路2021/5/92§10.1

直流電源的組成直流電源的組成及各部分的作用2021/5/93直流電源的組成及各部分的作用改變電壓值通常為降壓交流變脈動的直流減小脈動1)負載變化輸出電壓基本不變；2)電網(wǎng)電壓變化輸出電壓基本不變。

直流電源是能量轉(zhuǎn)換電路，將220V（或380V）50Hz的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。半波整流全波整流

在分析電源電路時要特別考慮的兩個問題：允許電網(wǎng)電壓波動±10％，且負載有一定的變化范圍。2021/5/94§10.2

單相整流電路一、對整流電路要研究的問題二、單相半波整流電路三、單相橋式整流電路2021/5/95一、對整流電路要研究的問題1.電路的工作原理：即二極管工作狀態(tài)、電路波形的分析2.輸出電壓和輸出電流平均值：即輸出脈動直流電壓和電流平均值的求解方法3.整流二極管的選擇：即二極管承受的最大整流平均電流和最高反向工作電壓的分析為分析問題簡單起見，設(shè)二極管為理想二極管，變壓器內(nèi)阻為0。整流二極管的伏安特性：實際特性理想化特性

理想二極管的正向?qū)妷簽?，即正向電阻為0；反向電流為0，即反向電阻為無窮大。2021/5/96二、單相半波整流電路1.工作原理u2的正半周，D導(dǎo)通，A→D→RL→B，uO=u2

。u2的負半周，D截止，承受反向電壓，為u2；uO=0。2021/5/972.

UO（AV）和

IL（AV）的估算

已知變壓器副邊電壓有效值為U2

考慮到電網(wǎng)電壓波動范圍為±10％，二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿足：（3）二極管的選擇2021/5/98三、單相橋式整流電路u2的正半周A→D1→RL→D3→B，uO=u2u2的負半周B→D2→RL→D4→A，uO=-u2四只管子如何接？

集成的橋式整流電路稱為整流堆。1.工作原理若接反了呢？2021/5/992.輸出電壓和電流平均值的估算2021/5/9103.二極管的選擇

考慮到電網(wǎng)電壓波動范圍為±10％，二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿足：與半波整流電路對二極管的要求相同2021/5/911§10.3濾波電路一、電容濾波電路二、電感濾波電路三、倍壓整流電路2021/5/912一、電容濾波電路1.工作原理充電放電速度與正弦波下降速度相似按指數(shù)規(guī)律下降濾波后，輸出電壓平均值增大，脈動變小。

C越大，RL越大，τ越大，放電越慢，曲線越平滑，脈動越小?？紤]整流電路的內(nèi)阻2021/5/9132.二極管的導(dǎo)通角導(dǎo)通角

無濾波電容時θ＝π。有濾波電容時θ<π，且二極管平均電流增大，故其峰值很大！θ小到一定程度，難于選擇二極管！2021/5/914

簡單易行，UO（AV）高，C足夠大時交流分量較??；不適于大電流負載。3.電容的選擇及UO（AV）的估算4.優(yōu)缺點整流橋的簡化畫法2021/5/915二、電感濾波電路

當回路電流減小時，感生電動勢的方向阻止電流的減小，從而增大二極管的導(dǎo)通角。電感對直流分量的電抗為線圈電阻，對交流分量的感抗為ωL。適于大電流負載！2021/5/916三、倍壓整流電路分析時的兩個要點：設(shè)①負載開路，②電路進入穩(wěn)態(tài)。u2負半周，u2加C1上電壓對C2充電：P→D2→C2→A，最終u2正半周C1充電：A→D1→C1→B，最終P2021/5/917討論

已知變壓器副邊電壓有效值為10V，電容足夠大，判斷下列情況下輸出電壓平均值UO（AV）≈？

1.正常工作；

2.C開路；

3.RL開路；

4.D1和C同時開路；

5.D1開路。2021/5/918§10.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路一、穩(wěn)壓電路的性能指標二、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2021/5/919一、穩(wěn)壓電路的性能指標1.輸出電壓2.輸出電流3.穩(wěn)壓系數(shù)表明電網(wǎng)電壓波動時電路的穩(wěn)壓性能。在負載電流不變時，輸出電壓相對變化量與輸入電壓變化量之比。4.輸出電阻表明負載電流變化時電路的穩(wěn)壓性能。在電網(wǎng)電壓不變時，負載變化引起的輸出電壓的變化量與輸出電流的變化量之比。5.紋波電壓測試出輸出電壓的交流分量。2021/5/920二、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)定電壓UZ：穩(wěn)壓管的擊穿電壓穩(wěn)定電流IZ：使穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)的最小電流最大耗散功率PZM：允許的最大功率，PZM=IZMUZ動態(tài)電阻rz：工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時，rz＝ΔU/ΔI1.穩(wěn)壓管的伏安特性和主要參數(shù)伏安特性符號等效電路2021/5/9212.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理2021/5/9223.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的主要指標（1）輸出電壓UO＝UZ（2）輸出電流IZmax－IZmin≤IZM－IZ（3）穩(wěn)壓系數(shù)（4）輸出電阻

簡單易行，穩(wěn)壓性能好。適用于輸出電壓固定、輸出電流變化范圍較小的場合。4.特點2021/5/9235.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計（1）UI的選擇UI＝（2～3）UZ（2）穩(wěn)壓管的選擇UZ＝UO

IZM－IZ>ILmax－ILmin（3）限流電阻的選擇保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞。電網(wǎng)電壓最低且負載電流最大時，穩(wěn)壓管的電流最小。電網(wǎng)電壓最高且負載電流最小時，穩(wěn)壓管的電流最大。為減小Sr,取值矛盾!若求得Rmin>Rmax，怎么辦？若求得R=200~300Ω，則該取接近200Ω還是接近300Ω？為什么？2021/5/924討論：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計依次選擇穩(wěn)壓管、UI、R、C、U2、二極管1.輸出電壓、負載電流→穩(wěn)壓管2.輸出電壓→UI3.輸出電壓、負載電流、穩(wěn)壓管電流、UI→R4.UI

、R→濾波電路的等效負載電阻→C5.UI→U26.U2、R中電流→整流二極管

已知輸出電壓為6V，負載電流為0～30mA。試求圖示電路的參數(shù)。2021/5/925§10.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路一、基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路三、集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）2021/5/926為了使穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出大電流，需要加晶體管放大。穩(wěn)壓原理：電路引入電壓負反饋，穩(wěn)定輸出電壓。一、基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路

不管什么原因引起UO變化，都將通過UCE的調(diào)節(jié)使UO穩(wěn)定，故稱晶體管為調(diào)整管。

若要提高電路的穩(wěn)壓性能，則應(yīng)加深電路的負反饋，即提高放大電路的放大倍數(shù)。2021/5/9271.穩(wěn)壓原理：若由于某種原因使UO增大2.輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍同相比例運算電路則UO↑→UN↑→UB↓→UO↓二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路2021/5/9283.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成及其作用調(diào)整管取樣電阻調(diào)整管：是電路的核心，UCE隨UI和負載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定UO。比較放大基準電壓基準電壓：是UO的參考電壓。取樣電阻：對UO

的取樣，與基準電壓共同決定UO

。比較放大：將UO

的取樣電壓與基準電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。2021/5/9294.串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管的選擇IEmax＝IR1＋ILmax≈ILmax<ICMUCEmax＝UImax－UOmin<U(BR)CEO

PTmax＝IEmaxUCEmax<PCM根據(jù)極限參數(shù)ICM、U(BR)CEO、PCM選擇調(diào)整管！應(yīng)考慮電網(wǎng)電壓的波動和負載電流的變化！2021/5/930討論一：對于基本串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論3.若電網(wǎng)電壓波動±10％，UI為28V，

UO為10V～20V；晶體管的電流放大系數(shù)為50，PCM＝5W，ICM＝1A；集成運放最大輸出電流為10mA，則最大負載電流約為多少？1.若UO為10V～20V，R1＝R3＝1kΩ，則R3和UZ各為多少？2.若電網(wǎng)電壓波動±10％，UO為10V～20V，UCES＝3V，UI至少選取多少伏？0.9U2>UOmax+UCES

應(yīng)取幾個極限值求出的負載電流最大值中最小的那個作為電源的性能指標——最大負載電流2021/5/931討論二：關(guān)于實用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論1.標出集成運放的同相輸入端和反相輸入端；2.電路由哪些部分組成？3.UI＝21V，R1＝R2＝R3＝300Ω，UZ＝6V，UCES＝3V，UO＝？4.如何選取R’和R？限流型過流保護電路輸出電流取樣電阻2021/5/932討論三：關(guān)于實用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論5.取樣電阻的取值應(yīng)大些還是小些，為什么？它們有上限值嗎？6.若電路輸出紋波電壓很大，則其原因最大的可能性是什么？7.根據(jù)圖中過流保護電路的原理組成一種限流型過流保護電路。其電流應(yīng)大于調(diào)整管的穿透電流電路可能產(chǎn)生了自激振蕩2021/5/933三、集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）輸出電壓：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V輸出電流：1.5A（W7800）、0.5A（W78M00）、0.1A（W78L00）1.

W7800系列

（1）簡介2021/5/934（2）基本應(yīng)用消除高頻噪聲使Co不通過穩(wěn)壓器放電抵銷長線電感效應(yīng)，消除自激振蕩

將輸入端接整流濾波電路的輸出，將輸出端接負載電阻，構(gòu)成串類型穩(wěn)壓電路。2021/5/935（3）輸出電流擴展電路

為使負載電流大于三端穩(wěn)壓器的輸出電流，可采用射極輸出器進行電流放大。很小三端穩(wěn)壓器的輸出電壓若UBE=UD，則二極管的作用：消除UBE對UO的影響。2021/5/936（4）輸出電壓擴展電路IW為幾mA，UO與三端穩(wěn)壓器參數(shù)有關(guān)。隔離作用基準電壓2021/5/9372.基準電壓源三端穩(wěn)壓器

W117

輸出電壓UREF＝1.25V，調(diào)整端電流只有幾微安。減小紋波電壓保護穩(wěn)壓器2021/5/938討論三：W117的應(yīng)用1.R1的上限值為多少？2.UO可能的最大值為多少？3.輸出電壓最小值為多少？4.UOmax＝30V，選取R1、R2；5.已知電網(wǎng)電壓波動±10％，輸出電壓最大值為30V，UI至少取多少伏？決定于IOmin兩種情況：1.已知UI2.自己選取UI決定于W117的輸出輸入電壓最低、輸出電壓最高時，UImin－UOmax＞3V。根據(jù)輸出電壓表達式2021/5/939§10.4開關(guān)型穩(wěn)壓電路一、開關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點和基本原理二、串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路三、并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路2021/5/940一、開關(guān)型穩(wěn)壓電源的特點及基本原理

線性穩(wěn)壓電源：結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便，輸出電壓穩(wěn)定性強，紋波電壓小。缺點是調(diào)整管工作在甲類狀態(tài)，因而功耗大，效率低（20％～49％）；需加散熱器，因而設(shè)備體積大，笨重，成本高。

若調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，則勢必大大減小功耗，提高效率，開關(guān)型穩(wěn)壓電源的效率可達70％～95％。體積小，重量輕。適于固定的大負載電流、輸出電壓小范圍調(diào)節(jié)的場合。2021/5/941構(gòu)成開關(guān)型穩(wěn)壓電源的基本思路:

將交流電經(jīng)變壓器、整流濾波得到直流電壓↓控制調(diào)整管按一定頻率開關(guān)，得到矩形波↓濾波，得到直流電壓引入負反饋，控制占空比，使輸出電壓穩(wěn)定。AC→DC→AC→DC2021/5/942二、串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路

T截止，D導(dǎo)通，uE≈－UD；L釋放能量，C放電。T、D均工作在開關(guān)狀態(tài)。

T飽和導(dǎo)通，D截止，uE≈UI；L儲能，C充電。uB＝UH時uB＝UL時1.電路組成及工作原理2021/5/9432.波形分析及輸出電壓平均值關(guān)鍵技術(shù)：大功率高頻管，高質(zhì)量磁性材料穩(wěn)壓原理：若某種原因使輸出電壓升高，則應(yīng)減