模電第十章直流電源-課件

第十章直流電源清華大學(xué)2020/12/151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(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路§10.3濾波電路2020/12/152精品資料3你怎么稱呼老師？如果老師最后沒(méi)有總結(jié)一節(jié)課的重點(diǎn)的難點(diǎn)，你是否會(huì)認(rèn)為老師的教學(xué)方法需要改進(jìn)？你所經(jīng)歷的課堂，是講座式還是討論式？教師的教鞭“不怕太陽(yáng)曬，也不怕那風(fēng)雨狂，只怕先生罵我笨，沒(méi)有學(xué)問(wèn)無(wú)顏見(jiàn)爹娘……”“太陽(yáng)當(dāng)空照，花兒對(duì)我笑，小鳥(niǎo)說(shuō)早早早……”4§10.1直流電源的組成直流電源的組成及各部分的作用2020/12/155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(dòng)的直流減小脈動(dòng)1)負(fù)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(shí)要特別考慮的兩個(gè)問(wèn)題：允許電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10％，且負(fù)載有一定的變化范圍。2020/12/156§10.2單相整流電路一、對(duì)整流電路要研究的問(wèn)題二、單相半波整流電路三、單相橋式整流電路2020/12/157一、對(duì)整流電路要研究的問(wèn)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(dòng)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(wèn)題簡(jiǎn)單起見(jiàn)，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(shí)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(wú)窮大。2020/12/158二、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(fù)半周，D截止，承受反向電壓，為u2；uO=0。2020/12/1592.

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(dòng)范圍為±10％，二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿足：（3）二極管的選擇2020/12/1510三、單相橋式整流電路u2的正半周A→D1→RL→D3→B，uO=u2u2的負(fù)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？2020/12/15112.輸出電壓和電流平均值的估算2020/12/15123.二極管的選擇考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)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(duì)二極管的要求相同2020/12/1513§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2020/12/1514一、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(dòng)變小。

C越大，RL越大，τ越大，放電越慢，曲線越平滑，脈動(dòng)越小?？紤]整流電路的內(nèi)阻2020/12/15152.二極管的導(dǎo)通角導(dǎo)通角無(wú)濾波電容時(shí)θ＝π。有濾波電容時(shí)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！2020/12/1516

簡(jiǎn)單易行，UO（AV）高，C足夠大時(shí)交流分量較??；不適于大電流負(fù)載。3.電容的選擇及UO（AV）的估算4.優(yōu)缺點(diǎn)整流橋的簡(jiǎn)化畫(huà)法2020/12/1517二、電感濾波電路

當(dāng)回路電流減小時(shí)，感生電動(dòng)勢(shì)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(duì)直流分量的電抗為線圈電阻，對(duì)交流分量的感抗為ωL。適于大電流負(fù)載！2020/12/1518三、倍壓整流電路分析時(shí)的兩個(gè)要點(diǎn)：設(shè)①負(fù)載開(kāi)路，②電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。u2負(fù)半周，u2加C1上電壓對(duì)C2充電：P→D2→C2→A，最終u2正半周C1充電：A→D1→C1→B，最終P2020/12/1519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(kāi)路；3.RL開(kāi)路；4.D1和C同時(shí)開(kāi)路；5.D1開(kāi)路。2020/12/1520§10.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路一、穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)二、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2020/12/1521一、穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)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(dòng)時(shí)電路的穩(wěn)壓性能。在負(fù)載電流不變時(shí)，輸出電壓相對(duì)變化量與輸入電壓變化量之比。4.輸出電阻表明負(fù)載電流變化時(shí)電路的穩(wěn)壓性能。在電網(wǎng)電壓不變時(shí)，負(fù)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(cè)試出輸出電壓的交流分量。2020/12/1522二、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(dòng)態(tài)電阻rz：工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，rz＝ΔU/ΔI1.穩(wěn)壓管的伏安特性和主要參數(shù)伏安特性符號(hào)等效電路2020/12/15232.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理2020/12/15243.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)（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(jiǎn)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(chǎng)合。4.特點(diǎn)2020/12/15255.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)（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(fù)載電流最大時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最小。電網(wǎng)電壓最高且負(fù)載電流最小時(shí)，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？2020/12/1526討論：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)依次選擇穩(wěn)壓管、UI、R、C、U2、二極管1.輸出電壓、負(fù)載電流→穩(wěn)壓管2.輸出電壓→UI3.輸出電壓、負(fù)載電流、穩(wěn)壓管電流、UI→R4.UI、R→濾波電路的等效負(fù)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(fù)載電流為0～30mA。試求圖示電路的參數(shù)。2020/12/1527§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）2020/12/1528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(fù)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(guò)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(fù)反饋，即提高放大電路的放大倍數(shù)。2020/12/15291.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(yùn)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2020/12/15303.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(fù)載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定UO。比較放大基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓：是UO的參考電壓。取樣電阻：對(duì)UO的取樣，與基準(zhǔn)電壓共同決定UO。比較放大：將UO的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。2020/12/15314.串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管的選擇IEmax＝IR1＋I(xiàn)Lmax≈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(dòng)和負(fù)載電流的變化！2020/12/1532討論一：對(duì)于基本串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論3.若電網(wǎng)電壓波動(dòng)±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(yùn)放最大輸出電流為10mA，則最大負(fù)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(dòng)±10％，UO為10V～20V，UCES＝3V，UI至少選取多少伏？0.9U2>UOmax+UCES

應(yīng)取幾個(gè)極限值求出的負(fù)載電流最大值中最小的那個(gè)作為電源的性能指標(biāo)——最大負(fù)載電流2020/12/1533討論二：關(guān)于實(shí)用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論1.標(biāo)出集成運(yùn)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(guò)流保護(hù)電路輸出電流取樣電阻2020/12/1534討論三：關(guān)于實(shí)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(guò)流保護(hù)電路的原理組成一種限流型過(guò)流保護(hù)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2020/12/1535三、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(jiǎn)介2020/12/1536（2）基本應(yīng)用消除高頻噪聲使Co不通過(guò)穩(wěn)壓器放電抵銷長(zhǎng)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(fù)載電阻，構(gòu)成串類型穩(wěn)壓電路。2020/12/1537（3）輸出電流擴(kuò)展電路為使負(fù)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(jìn)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(duì)UO的影響。2020/12/1538（4）輸出電壓擴(kuò)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(zhǔn)電壓2020/12/15392.基準(zhǔn)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(hù)穩(wěn)壓器2020/12/1540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(dòng)±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(shí)，UImin－UOmax＞3V。根據(jù)輸出電壓表達(dá)式2020/12/1541§10.4開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路一、開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)和基本原理二、串聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路三、并聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路2020/12/1542一、開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)及基本原理

線性穩(wěn)壓電源：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)，紋波電壓小。缺點(diǎn)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(kāi)關(guān)狀態(tài)，則勢(shì)必大大減小功耗，提高效率，開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的效率可達(dá)70％～95％。體積小，重量輕。適于固定的大負(fù)載電流、輸出電壓小范圍調(diào)節(jié)的場(chǎng)合。2020/12/1543構(gòu)成開(kāi)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(kāi)關(guān)，得到矩形波↓濾波，得到直流電壓引入負(fù)反饋，控制占空比，使輸出電壓穩(wěn)定。AC→DC→AC→DC2020/12/1544二、串聯(lián)開(kāi)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(kāi)關(guān)狀態(tài)。

T飽和導(dǎo)通，D截止，uE≈UI；L儲(chǔ)能，C充電。uB＝UH時(shí)uB＝UL時(shí)1.電路組成及工作原理2020/12/15452.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