課題2——直流穩(wěn)壓電源

1、電子技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)課題二課題二 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源任課教師任課教師 課題二 直流穩(wěn)壓電源o 在電子設(shè)備和電子電路中都必須用直流電源來提供能量。直流電源的性能好壞，輸出電壓穩(wěn)定與否，對(duì)放大電路的性能有直接影響。因此，需要在直流電源中采取穩(wěn)壓措施。一、直流穩(wěn)壓電源組成電源變壓器u1u1t整流器u2u2t濾波器U3U3tUOt穩(wěn)壓器U4U4tUOo 直流穩(wěn)壓電源一般由四部分組成：o 變壓器o 濾波電路o 整流電路o 穩(wěn)壓電路一、直流穩(wěn)壓電源組成電源變壓器電源變壓器將市電變換為所需的將市電變換為所需的 交流電壓交流電壓 整流電路整流電路將交流電變換為方向不變將交流電變換為方向不變 的直流電的直流電

2、 濾波電路濾波電路將脈動(dòng)直流電變換為平滑將脈動(dòng)直流電變換為平滑 的直流電壓的直流電壓 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路將不穩(wěn)定的直流電壓變換將不穩(wěn)定的直流電壓變換 為穩(wěn)定直流電壓為穩(wěn)定直流電壓 一、直流穩(wěn)壓電源整流電路o 整流電路o 整流電路是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式整流等。o 目前廣泛使用的是橋式整流電路。o 為分析簡(jiǎn)單起見，我們把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。一、直流穩(wěn)壓電源整流電路o 單向半波整流電路導(dǎo)通導(dǎo)通i0u1u2aTbVDRLu0u20:二極管二極管導(dǎo)通導(dǎo)通u0=u2i0=u0 /RLu20 0 時(shí)時(shí)D

3、D1 1,D,D3 3導(dǎo)通導(dǎo)通D D2 2,D,D4 4截止截止電流通路電流通路: :由由+ +經(jīng)經(jīng)D D1 1R RL LD D3 3- - u u2 20 0 時(shí)時(shí)D D2 2,D,D4 4導(dǎo)通導(dǎo)通D D1 1,D,D3 3截止截止電流通路電流通路: :由由- -經(jīng)經(jīng)D D2 2R RL LD D4 4+ +輸出是脈動(dòng)的直流電壓！輸出是脈動(dòng)的直流電壓！一、直流穩(wěn)壓電源整流電路o 單向橋式整流電路橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形u2ttuD3,uD1tuotuD4,uD2一、直流穩(wěn)壓電源整流電路o 單向橋式整流電路單 相 全 波 整 流 電 壓 的

4、 平 均 值 為 ： 0222o9.022)(sin21UUttdUU 流 過 負(fù) 載 電 阻RL的 電 流 平 均 值 為 ： L2Loo9.0RURUI 流 經(jīng) 每 個(gè) 二 極 管 的 電 流 平 均 值 為 負(fù) 載 電 流 的 一 半 ，即 ： L2oD45.021RUII 每 個(gè) 二 極 管 在 截 止 時(shí) 承 受 的 最 高 反 向 電 壓 為u2的最 大 值 ， 即 ： 22MRM2 UUU 一、直流穩(wěn)壓電源整流電路o 單向橋式整流電路整流變壓器副邊電壓有效值為：oo211.10.9UUU整流變壓器副邊電流有效值為：o22211.111.1IRURUILL由以上計(jì)算，可以選擇整流二

5、極管和整流變壓器。一、直流穩(wěn)壓電源整流電路o 單向橋式整流電路o 【注意】整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用的，整流電路既有交流量，又有直流量，通常： 輸入（交流）用有效值或最大值；o 輸出（交直流）用平均值；o 整流管正向電流用平均值；o 整流管反向電壓用最大值。一、直流穩(wěn)壓電源整流電路o 單向橋式整流電路 例例 ： 試 設(shè) 計(jì) 一 臺(tái) 輸 出 電 壓 為2 4 V， 輸 出 電 流 為lA 的 直 流 電源 ， 電 路 形 式 可 采 用 半 波 整 流 或 全 波 整 流 ， 試 確 定 兩 種 電 路 形 式的 變 壓 器 副 邊 繞 組 的 電 壓 有 效 值 ， 并 選 定 相 應(yīng)

6、的 整 流 二 極 管 。解解 ： （ 1 ） 當(dāng) 采 用 半 波 整 流 電 路 時(shí) ， 變 壓 器 副 邊 繞 組 電 壓 有效 值 為 ：3.5345.0240.45o2UUV整 流 二 極 管 承 受 的 最 高 反 向 電 壓 為 ：2.753.5341.122RMUUV流 過 整 流 二 極 管 的 平 均 電 流 為 ：1oD IIA因 此 可 選 用2 C Z 1 2 B 整 流 二 極 管 ， 其 最 大 整 流 電 流 為3 A，最 高 反 向 工 作 電 壓 為2 0 0 V。一、直流穩(wěn)壓電源整流電路o 單向橋式整流電路（ 2 ） 當(dāng) 采 用 橋 式 整 流 電 路 時(shí)

7、， 變 壓 器 副 邊 繞 組電 壓 有 效 值 為 ：7.269.0240.9o2UUV整 流 二 極 管 承 受 的 最 高 反 向 電 壓 為 ：6.377.2641.122RMUUV流 過 整 流 二 極 管 的 平 均 電 流 為 ：5.021oDIIA因 此 可 選 用 四 只2 C Z 11 A整 流 二 極 管 ， 其 最 大 整流 電 流 為1 A ， 最 高 反 向 工 作 電 壓 為1 0 0 V 。一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路o 濾波原理o 交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成分又有交流成份。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

8、變的特性, 將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))，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。一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路o 濾波原理tu20234t0234uo+u2+uo+u1D(a) 電 路 (b) 波 形CRL+一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路o 電容濾波u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SC一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路o 電容濾波u2t充電結(jié)束充電結(jié)束u0tRL未接入時(shí)的波形未接入時(shí)的波形沒有電容時(shí)的輸出波形沒有電容時(shí)的輸出波形t1設(shè)設(shè)t1時(shí)刻接通電源時(shí)刻接通電源1 1、R RL L未接入未接入時(shí)時(shí)一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路o 電容濾波2 2、R RL

9、 L接入（且接入（且R RL LC C較大）時(shí)較大）時(shí) u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SC一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路o 電容濾波2 2、R RL L接入（且接入（且R RL LC C較大）時(shí)較大）時(shí) 電容通過電容通過RL放電，在整流電放電，在整流電路電壓小于電容電壓時(shí)，二路電壓小于電容電壓時(shí)，二極管截止，整流電路不為電極管截止，整流電路不為電容充電，容充電，uo會(huì)逐漸下降。會(huì)逐漸下降。u2tuot充電時(shí)間放電時(shí)間一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路o 電容濾波特點(diǎn)：o UL與RLC的關(guān)系：RLC 愈大 C放電愈慢 UL(平均值)愈大o 一般?。簅 (T:電源電壓的周期電源電壓的周期) 近似估算近似

10、估算: UL=1.2U2o 流過二極管瞬時(shí)電流很大o 整流管導(dǎo)電時(shí)間越短 iD的峰值電流越大2T)53(CRL一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路o 電容濾波特點(diǎn)：o 輸出特性o 輸出波形隨負(fù)載電阻 RL 或 C 的變化而改變。 如如: RL 愈小愈小( IL 越大越大), Uo下降多。下降多。電容電容濾波濾波1.4UO0.9UO0IL一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路例例 ：設(shè) 計(jì) 一 單 相 橋 式 整 流 、 電 容濾 波 電 路 。 要求 輸 出 電 壓48oUV ， 已 知 負(fù) 載 電 阻100LR ， 交 流 電 源 頻 率 為5 0 H z ， 試 選擇 整 流 二 極 管 和 濾 波 電 容 器 。

11、 解解 ： 流 過 整 流 二 極 管 的 平 均 電 流 ： 240A24.010048212121LooDRUIIm A 變 壓 器 副 邊 電 壓 有 效 值 ： 402.1481.2o2UUV 整 流 二 極 管 承 受 的 最 高 反 向 電 壓 ： 4.564041.122RMUUV 因 此 可 選 擇2 C Z 1 1 B 作 整 流 二 極 管 ， 其 最 大 整 流 電 流 為1 A ， 最高 反 向 工 作 電 壓 為2 0 0 V 。 取05.0202.0525LTCRs ， 則 ： 500F1050010005.06LRC F 一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路o 電感濾波電路結(jié)

12、構(gòu)電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L。+4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路o 電感濾波電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L。直流分量直流分量: XL=0 相當(dāng)于短路相當(dāng)于短路,電壓大部分降在電壓大部分降在RL上。上。諧波分量諧波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,電壓大部分降在電感上。電壓大部分降在電感上。 o 因此，因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。在輸出端得到比較平滑的直流電壓。輸出電壓平均值輸出電壓平均值: UL=0.9U2直流分量直流分量:

13、XL=0 相當(dāng)于短路相當(dāng)于短路,電壓大部分降在電壓大部分降在RL上。上。一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路o 電感濾波特點(diǎn)o 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：整流管導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，適用于低電壓大整流管導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，適用于低電壓大電流電流(RL較小較小)的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。o 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：做復(fù)雜、電感鐵芯笨重，體積大，易引起電磁干擾。做復(fù)雜、電感鐵芯笨重，體積大，易引起電磁干擾。u2u1RLLuo一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路o 復(fù)合濾波o 為進(jìn)一步改善濾波特性，采取多級(jí)濾波。為進(jìn)一步改善濾波特性，采取多級(jí)濾波。+uo+-LCu-i+uo+-LCu-i+CLC濾波電路濾波電路C

14、LC濾波電路濾波電路 LC、CLC型濾型濾波電路適用于負(fù)載波電路適用于負(fù)載電流較大，要求輸電流較大，要求輸出電壓脈動(dòng)較小的出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合。場(chǎng)合。一、直流穩(wěn)壓電源濾波電路o 復(fù)合濾波+u+u-iC-oRC12CRC型濾波電路型濾波電路+uo+-LCu-i+CCLC濾波電路濾波電路 在負(fù)載較輕時(shí)，經(jīng)常采用電阻在負(fù)載較輕時(shí)，經(jīng)常采用電阻替代笨重的電感，構(gòu)成替代笨重的電感，構(gòu)成CRC型型濾波電路，同樣可以獲得脈動(dòng)很濾波電路，同樣可以獲得脈動(dòng)很小的輸出電壓。小的輸出電壓。 電阻對(duì)交、直流均有壓降和電阻對(duì)交、直流均有壓降和功率損耗，故只適用于負(fù)載電流功率損耗，故只適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。較小的場(chǎng)合

15、。一、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電路o 直流穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電路: :將負(fù)載電流的變化和輸入電壓的變化，形起的不穩(wěn)定的直流電壓變化，將負(fù)載電流的變化和輸入電壓的變化，形起的不穩(wěn)定的直流電壓變化，變換成穩(wěn)定且可調(diào)的直流電壓的電路。變換成穩(wěn)定且可調(diào)的直流電壓的電路。o 直流穩(wěn)壓電路可分為直流穩(wěn)壓電路可分為兩大類：兩大類：o 線性穩(wěn)壓電路：線性穩(wěn)壓電路：使用起來簡(jiǎn)單易行，但轉(zhuǎn)換效率低，體積大；使用起來簡(jiǎn)單易行，但轉(zhuǎn)換效率低，體積大； 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián) 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路 調(diào)整管與負(fù)載并聯(lián)調(diào)整管與負(fù)載并聯(lián)o 開關(guān)穩(wěn)壓電路：開關(guān)穩(wěn)壓電路：體積小，轉(zhuǎn)換效率

16、高，但控制電路較復(fù)雜。隨著自關(guān)斷電力電子器體積小，轉(zhuǎn)換效率高，但控制電路較復(fù)雜。隨著自關(guān)斷電力電子器件和電力集成電路的迅速發(fā)展，開關(guān)電源已得到越來越廣泛的應(yīng)用。件和電力集成電路的迅速發(fā)展，開關(guān)電源已得到越來越廣泛的應(yīng)用。一、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電路o 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路：并聯(lián)型穩(wěn)壓電路： 穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。 iuUZIUIzminIzmax+UDziLRz-oU-+RUIZILI 它是利用穩(wěn)壓二極管它是利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，由于反向特性陡直，較大由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較的電流變化，只會(huì)引起較小

17、的電壓變化。適合于負(fù)小的電壓變化。適合于負(fù)載電流小，輸出電壓固定載電流小，輸出電壓固定的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。一、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電路o 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理：并聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理： +Ui+UoRLDZ+UZR+ UR IoIZIZL+=IIIRiZO=UUUUIRUi(1) (1) 當(dāng)輸入電壓變化時(shí)當(dāng)輸入電壓變化時(shí)UiUZUoUoURIIZ(2)(2)當(dāng)負(fù)載電壓變化時(shí)當(dāng)負(fù)載電壓變化時(shí)UoURUoIZI一、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電路o 集成穩(wěn)壓器：集成穩(wěn)壓器：o 集成穩(wěn)壓電路是將穩(wěn)壓電路的主要元件甚至全部元件制作在一塊硅基片上的集成電路，因而具有體積小、使用方便、工作可靠等特點(diǎn)。o 集成穩(wěn)壓器的種類很多，作為小功率的直流穩(wěn)壓電源，應(yīng)用最為普遍的是3端式串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。3端式是指穩(wěn)壓器僅有輸入端、輸出端和公共端3個(gè)接線端子。如W78和W79系列穩(wěn)壓器。W78系列輸出正電壓有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多種，若要獲得負(fù)輸出電壓選W79系列即可。例如W7805輸出+5 V電壓，W7905則輸出5 V電壓。這類端穩(wěn)壓器在加裝散熱器的情況下，輸出電流可達(dá)1.52.2A，最高輸入電壓為35V，最小輸入、輸出電壓差為23V，輸出電壓變化率為0.10.2。一、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電路o 集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器o 78、79 系列的型號(hào)命名：系列的型號(hào)命名