電工學(xué)第18章直流穩(wěn)壓電源

1、18.2 18.2 濾波器濾波器18.3 18.3 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源18.1 18.1 整流電路整流電路第第章直流穩(wěn)壓電源章直流穩(wěn)壓電源功能：功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適 的直流電壓的直流電壓u u4 4u uo ou u3 3u u2 2u u1 1 整流電路整流電路 將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。 半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。等。 二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。利用二極管的單向?qū)щ娦岳枚O管的單向

2、導(dǎo)電性t u uD DO O u u 負(fù)半周，負(fù)半周，V Va a VVVb b，二極二極管管 1 1、3 3 導(dǎo)通，導(dǎo)通，2 2、4 4 截止截止 。u uo ou uD D t t t tu uD1D1u uD3D3 u ut U2U2U2 4. 參數(shù)計算參數(shù)計算LLRURUI9 . 0oo o21DII UU2DRM o11. 1 d) sin(2122mIttII ) d( sin21ttU U0.9 oU (1) (1) 輸出直流電壓高；輸出直流電壓高； (2) (2) 脈動較??；脈動較?。?(3) (3) 二極管承受的最大反向電壓較低；二極管承受的最大反向電壓較低； (4) (4)

3、 電源變壓器得到充分利用。電源變壓器得到充分利用。 目前，半導(dǎo)體器件廠已將整流二目前，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，提高了可輸出直流引線。減少接線，提高了可靠性，使用起來非常方便?？啃?，使用起來非常方便。單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為 220V，負(fù)載電阻負(fù)載電阻 RL = 50 ，負(fù)載電壓，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。的變比和容量，并選擇二極管。V 1119 . 0

4、1009 . 0o UU A122121oD IIV 17212222DRM UU A250110Loo RUI 考慮到變壓器副繞組及二極管上的壓降，變考慮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)高出壓器副邊電壓一般應(yīng)高出 5%10%5%10%，即取，即取 U U = 1.1 = 1.1 111 111 122 V122 V例例1 1：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為 220 V220 V，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 R RL L = 50 = 50 ，負(fù)載電壓，負(fù)載電壓U Uo=100Vo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。試求變壓器

5、的變比和容量，并選擇二極管。81122220 .K 變比變比 I I = 1.11 = 1.11 I Io o= 2 = 2 1.11 = 1.11 = 2. 2 A2. 2 A S = U I = 122 2.2 = 207. 8 V A變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓 U U 122 V 122 V A1D IV 172DRM U 可選用二極管可選用二極管2CZ11C2CZ11C，其最大整流電流為，其最大整流電流為1A1A，反向工作峰值電壓為反向工作峰值電壓為300V300V。uo+ +_ _ u+ +_ _RLD2D4 D1D3當(dāng)當(dāng)D2或或D4斷開后斷開后 電路為單相半波整流電路。正半周時，

6、電路為單相半波整流電路。正半周時，D1和和D3導(dǎo)導(dǎo)通，負(fù)載中有電流通，負(fù)載中有電流過，負(fù)載電壓過，負(fù)載電壓uo o= =u；負(fù)半周時，；負(fù)半周時，D1和和D3截止，負(fù)載中無電流通截止，負(fù)載中無電流通過，負(fù)載兩端無電壓，過，負(fù)載兩端無電壓， uo o =0=0。 uo u 234tt234oo 則正半周時，二極管則正半周時，二極管D1、D4或或D2、D3導(dǎo)通，電流導(dǎo)通，電流經(jīng)經(jīng)D1、D4或或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及此變壓器及D1、D4或或D2、D3將被燒壞。將被燒壞。 則正半周時，情況與則正半周時，情況與D2或或D4接反類似，電源及接反類似，電

7、源及D1或或D3也將因電流過大而燒壞。也將因電流過大而燒壞。uo+ +_ _ u+ +_ _RLD2D4 D1 D3共陰極組中陽極電位最高的二極管導(dǎo)通；共陰極組中陽極電位最高的二極管導(dǎo)通； D D1 1R RL Lu uo oD D6 6 D D3 3D D5 5D D4 4D D2 2i io o C Cb ba au u+ + + o o 三相變壓器原繞組接成三相變壓器原繞組接成三角形，副繞組接成星形三角形，副繞組接成星形共陽極組共陽極組共陰極組共陰極組 在在 t1 t2 期間期間共陰極組中共陰極組中a a點電位最高，點電位最高，D D1 1 導(dǎo)通；導(dǎo)通； 共陽極組中共陽極組中b b點電位

8、最低，點電位最低，D D4 4 導(dǎo)通。導(dǎo)通。 D D1 1R RL Lu uo oD D6 6 D D3 3D D5 5D D4 4D D2 2i io o C Cb ba au u+ + + o o負(fù)載電壓負(fù)載電壓變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓u uo ou ua au ub bu uC C2 2 t u uo oo ott1t2t3t4t5t6t7t8t9 在在 t2 t3 期間期間共陰極組中共陰極組中a a點電位最高，點電位最高，D D1 1 導(dǎo)通；導(dǎo)通； 共陽極組中共陽極組中c c點電位最低，點電位最低，D D6 6 導(dǎo)通。導(dǎo)通。 D D1 1R RL Lu uo oD D6 6 D D

9、3 3D D5 5D D4 4D D2 2i io o C Cb ba au u+ + + o o負(fù)載電壓負(fù)載電壓變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓u uo ou ua au ub bu uC C2 2 t t1t2t3t4t5t6t7t8t9u uo oto o 在在 t3 t4 期間期間共陰極組中共陰極組中b b點電位最高，點電位最高，D D3 3 導(dǎo)通；導(dǎo)通； 共陽極組中共陽極組中c c點電位最低，點電位最低，D D6 6 導(dǎo)通。導(dǎo)通。 D D1 1R RL Lu uo oD D6 6 D D3 3D D5 5D D4 4D D2 2i io o C Cb ba au u+ + + o o負(fù)載

10、電壓負(fù)載電壓變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓u uo ou ua au ub bu uC C2 2 t t1t2t3t4t5t6t7t8t9u uo oto o 在在 t4 t5 期間期間共陰極組中共陰極組中b b點電位最高，點電位最高，D D3 3 導(dǎo)通；導(dǎo)通； 共陽極組中共陽極組中a a點電位最低，點電位最低，D D2 2 導(dǎo)通。導(dǎo)通。 D D1 1R RL Lu uo oD D6 6 D D3 3D D5 5D D4 4D D2 2i io o C Cb ba au u+ + + o o負(fù)載電壓負(fù)載電壓變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓u uo ou ua au ub bu uC C2 2 t t

11、1t2t3t4t5t6t7t8t9u uo oto ot1t2t3t4t5t6t7t8t9u uo oto o 在一個周期中，每個二極在一個周期中，每個二極管只有三分之一的時間導(dǎo)管只有三分之一的時間導(dǎo)通（導(dǎo)通角為通（導(dǎo)通角為120）。）。 D D1 1R RL Lu uo oD D6 6 D D3 3D D5 5D D4 4D D2 2i io o c cb ba au u+ + + o o變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓負(fù)載電壓負(fù)載電壓u uo ou ua au ub bu uC C2 2 t LL34. 2oRURUI o31DII UU23DRM ) )d(30 sin(231ab26ttU

12、 UU2.34 交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成份又有交流成份。其中既有直流成份又有交流成份。濾波電路利用儲能元件電容兩端的電濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓壓(或通過電感中的電流或通過電感中的電流)不能突變的特性不能突變的特性, 濾掉整流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)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。到平滑輸出電壓波形的目的。 方法：方法：將電容與負(fù)載將電容與負(fù)載RL并聯(lián)并聯(lián)( (或?qū)㈦姼信c負(fù)載或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串串聯(lián)聯(lián)) )。 u u u uC C時，二極管導(dǎo)通，時

13、，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載電源在給負(fù)載R RL L供電的供電的同時也給電容充電，同時也給電容充電， u uC C 增加，增加，u uo o= = u uC C 。 CC+ +C Ci ic ci i + + +a aD Du uo ou ub bR RL Li io o= = u uC C 二極管承受的最高反向電壓二極管承受的最高反向電壓為為 。UU22DRM u uo oU2U2u u t tO O t tO O25)(3LTCR 一般取一般取(1) (1) 輸出電壓的脈動程度與平均值輸出電壓的脈動程度與平均值U Uo o與放電時間與放電時間 常數(shù)常數(shù)R RL LC C有關(guān)。有關(guān)。 近似估算

14、?。航乒浪闳。?U Uo o = 1. 2 = 1. 2 U U ( ( 橋式、全橋式、全波）波） U Uo o = 1. 0 = 1. 0 U U （半波）半波）U2 為了得到比較平直的輸出電壓為了得到比較平直的輸出電壓有電容有電容濾波濾波 無電容濾波無電容濾波0 U Uo oo oI IO O 結(jié)論結(jié)論 因此電容濾波適合于要求因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場合。小且負(fù)載變化較小的場合。 R RL LC C 越大越大O O 越高，越高，I IO O 越越大大整流二極管導(dǎo)通時間越短整流二極管導(dǎo)通時間越短 i iD D 的峰值電流越大。

15、的峰值電流越大。u uo oU2 t tO Oi iD D t tO O例：例： 有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率源頻率 f f=50Hz=50Hz，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 R RL L = 200 = 200 ，要求直流輸，要求直流輸出電壓出電壓U Uo o=30V=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。，選擇整流二極管及濾波電容器。V 352522DRM UU A075020030212121LOOD.RUII u uR RL Lu uo o+ + + + +C C解：解：25V1.230 21O .UU可選用二極管可選用二極管2CP112CP11I

16、 IOM OM =100mA =100mA U URWM RWM =50V=50V 例：例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率頻率 f f=50Hz=50Hz，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 R RL L = 200 = 200 ，要求直流輸出，要求直流輸出電壓電壓U Uo o=30V=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。，選擇整流二極管及濾波電容器。取取 R RL LC C = 5 = 5 T/2T/2已知已知R RL L = 50 = 50 S 05. 025015L CR u uR RL Lu uo o+ + + + +C C解：解：2. 2. 選擇濾波

17、電容器選擇濾波電容器F250F102502000.05 0506L R.C可選用可選用C C=250=250 F F，耐壓為，耐壓為50V50V的極性電容器的極性電容器L L u uR RL Lu uo o+ + + + +C C 濾波效果濾波效果比比LCLC濾波器更濾波器更好，但二極管好，但二極管的沖擊電流較的沖擊電流較大。大。 比比 形形 LC LC 濾波器的體濾波器的體積小、成本低。積小、成本低。L L u uR RL Lu uo o+ + + + +C C2 2+ +C C1 1R R u uR RL Lu+ + + + +C C2 2+ +C C1 1 交直流收擴兩用機電源交直流收擴

18、兩用機電源N N1 1N N3 3C C2 20.0470.047 F FD D2 2D D3 3D D4 4D D1 12CZ12A2CZ12A4 4N N2 2FUFU2 23A3A20002000 F/50VF/50V+ +C C1 124V24VFUFU1 11A1A直流直流24V24V交流交流220V220V 如圖電源輸出電壓如圖電源輸出電壓為為24V, 24V, 電流為電流為1.8A1.8A。變壓器。變壓器副繞組副繞組N N3 3 的電壓約為的電壓約為20V, C20V, C2 2起抑制高頻干擾作用；副繞起抑制高頻干擾作用；副繞組組N N2 2的電壓為的電壓為5.5V5.5V，供照

19、明，供照明指示燈用。直流指示燈用。直流 24V24V電池的電池的極性可任意接入。極性可任意接入。U UO O = U= UZ Z I IR R = I= IO O + + I IZ ZU UI IU UZ ZR RL L ( (I IO O ) ) I IR R 設(shè)設(shè)U UI I一定，負(fù)載一定，負(fù)載R RL L變化變化U UO O 基本不變基本不變 I IR R ( (I IR RR R) ) 基本不變基本不變 U UO O ( (U UZ Z ) ) I IZ Z + +U UI IR RL L+ +C CI IO OU UO O+ + +u uI IR RR RD DZ ZI Iz z限流

20、調(diào)壓限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路U UO O = U= UZ Z I IR R = I= IO O + + I IZ ZU UI IU UZ ZU UI I U UZ Z U UO O 基本不變基本不變 I IR RR R I IZ Z I IR R + +U UI IR RL L+ +C CI IO OU UO O+ + +u uI IR RR RD DZ ZI Iz zZIZMIZMOOIMmin IIRUU (1) (1) U UZ Z = = U UO O(2) (2) I IZMZM= = (1.5 3) (1.5 3) I IO OM M(3) (3) U UI I = (2 3) =

21、 (2 3) U UO O(4) (4) RIIUU ominZMOIM OMZOImin IIUU ZIIRUU OMOImin 由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運算放大器可組成恒壓源。由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運算放大器可組成恒壓源。U UO OR RF FR R2 2R R1 1+ + + + R RL L+ +U UZ ZR RD DZ Z+U+UU UO OR RF FR R2 2R R1 1+ + + + +R RL LR RD DZ Z+ +U UZ Z+U+U反相輸入恒壓源反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源同相輸入恒壓源ZFO1URRU ZFO)(11URRU 改變改變 R RF F 即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出

22、電壓。即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓。U Ui iT TR R2 2U UZ ZR RL LU UO O + +R R3 3+ + + +U UB B+ +D DZ Z+ +U Uf f+ +R R1 11R 1R 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電串聯(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。路和調(diào)整元件四部分組成。調(diào)整調(diào)整元件元件比較比較放大放大基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓取樣取樣電路電路 當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓壓U UO O 升高時，有如下穩(wěn)壓過程：升高時，有如下穩(wěn)壓過程：O2121fURRRRUU ZUU )(fZuoB

23、UUAU U UO O U Uf f U UB B U UO O I IC C U UCE CE 由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)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。壓電路。U UI IT TR R2 2U UZ ZR RL LU UO O + +R R3 3+ + + +U UB B+ +D DZ Z+ +U Uf f+ +R R1 11R 1R Z211BO)(1URRRUU U Ui iT TR R2 2U UZ ZR RL LU UO O + +R R3 3+ + + +U UB B+ +D DZ Z+ +U Uf f+ +R R1 11R 1R 1. 分類分類單片

24、集成穩(wěn)壓電源，具有體積小單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小, ,可靠性高可靠性高, ,使使用靈活用靈活, ,價格低廉等優(yōu)點。價格低廉等優(yōu)點。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端引出端, ,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。兩位數(shù)字為輸出電壓值兩位數(shù)字為輸出電壓值三三端端穩(wěn)穩(wěn)壓壓器器輸出固定電壓輸出固定電壓輸出正電壓輸出正電壓78XX 78XX 輸出負(fù)電壓輸出負(fù)電壓79XX 79XX （1. 25 37 V 1. 25 37 V 連續(xù)可調(diào)）連續(xù)可調(diào)）W7800W7800系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形11輸入端輸入端3 3 公共端公共端2 2

25、 輸出端輸出端W7900W7900系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形1 1 公共端公共端3 3輸入端輸入端2 2 輸出端輸出端 輸出電流超過輸出電流超過 1. 5 A（加散熱器）（加散熱器） 不需要外接元件不需要外接元件 內(nèi)部有過熱保護內(nèi)部有過熱保護 內(nèi)部有過流保護內(nèi)部有過流保護 調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護 輸出電壓容差為輸出電壓容差為 4% 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等等 。 ( 反映當(dāng)負(fù)載電流和環(huán)境溫度不變時，電網(wǎng)電壓波反映當(dāng)負(fù)載電流和環(huán)境溫度不變時，電網(wǎng)電壓波動對穩(wěn)壓電路的影響。動對穩(wěn)壓電路的影響。0 0 o 100oo TIIU% UUUS ( 反映當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度不變時，輸出電流變反映當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度不變時，輸出電流變化時輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓電路的帶負(fù)載化時輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓電路的帶負(fù)載能力。能力。00ooI %100 I T UUUS 0.0050.02% 0.0050.02% 0.11.0%0.11.0%(3) (3) 輸出電壓輸出電壓 U UO O (6) (6) 最大輸入電壓最大輸入電壓 U UiMiM (7) (7) 最大功耗最大功耗 P PM M OMOIMM)(IUUP (4) (4) 最大輸出電流最大輸出電流 I