第8章功率電子電路

1、電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁18.1 8.1 低頻功率放大電路低頻功率放大電路8.2 8.2 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源8.3 8.3 功率半導體器件和變流電路功率半導體器件和變流電路主要內(nèi)容主要內(nèi)容電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁2主要內(nèi)容主要內(nèi)容8.1.18.1.1 概述概述8.1.28.1.2 基本功率放大電路基本功率放大電路8.1.3 8.1.3 集成功率放大器舉例集成功率放大器舉例電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁31. 1. 功率電子電路：功率電子電路：根據(jù)功能分為兩類：根據(jù)功能分為兩類：（1 1）功率放大：功率放大：即將輸入信號放大，使負載獲得所需要的信號功率。即將輸

2、入信號放大，使負載獲得所需要的信號功率。（2 2）能量變換：能量變換：進行交、直流電能的變換，向負載提供直流功率或交流進行交、直流電能的變換，向負載提供直流功率或交流功率。有功率。有整流電路整流電路、逆變電路。逆變電路。8.1.1 概述概述2. 2. 功率電子電路的類型功率電子電路的類型: :3. 3. 功率放大電路功率放大電路: : 放大電路的輸出不僅要有足夠大的電壓，還要輸出足夠大的電流，放大電路的輸出不僅要有足夠大的電壓，還要輸出足夠大的電流，能推動負載正常運行，這樣的電路稱為能推動負載正常運行，這樣的電路稱為功率放大電路功率放大電路。 向負載向負載提供功率為主要目的提供功率為主要目的的

3、電子電路。它不僅要輸出足的電子電路。它不僅要輸出足夠大的電壓，也要輸出足夠大的電流。夠大的電壓，也要輸出足夠大的電流。 該電路中一定含有大功率電子器件該電路中一定含有大功率電子器件。電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁45. 5. 功率放大電路的效率：功率放大電路的效率：8.1.1 概述概述提高功率放大電路效率的方法是，提高功率放大電路效率的方法是，減小功率管的集電極功耗減小功率管的集電極功耗。效率效率指輸出的指輸出的信號功率信號功率P PO O與電源輸出（消耗）功率與電源輸出（消耗）功率P PS S的百分比，即的百分比，即100%OSPP4. 4. 功率放大電路的要求功率放大電路的要求: :

4、（1 1）輸出功率盡可能大，使負載能獲得所需的功率。）輸出功率盡可能大，使負載能獲得所需的功率。輸出電流和電壓較大，功率管工作在輸出電流和電壓較大，功率管工作在接近于極限狀態(tài)接近于極限狀態(tài)。（2 2）非線性失真盡可能小。）非線性失真盡可能小。（3 3）效率要高。）效率要高。功率放大電路是個能量轉(zhuǎn)換電路，功率放大電路是個能量轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率是一個重要的問題。是一個重要的問題。功率管的集電極功耗為：功率管的集電極功耗為：01TCCE CPui dtT電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁58.1.1 概述概述6. 6. 功率放大電路的靜態(tài)工作點：功率放大電路的靜態(tài)工作點：（1 1）甲類工作

5、狀態(tài)）甲類工作狀態(tài)特點是：特點是：靜態(tài)集電極電流大，波形好，無失真，靜態(tài)集電極電流大，波形好，無失真，但管耗大，效率低。但管耗大，效率低。（2 2）乙類工作狀態(tài)）乙類工作狀態(tài)特點是：特點是：靜態(tài)集電極電流為零，管耗小，效率高，靜態(tài)集電極電流為零，管耗小，效率高，但波形嚴重失真，晶體管只在半個周期內(nèi)導通；但波形嚴重失真，晶體管只在半個周期內(nèi)導通；所以采用所以采用對稱互補電路對稱互補電路實現(xiàn)功率放大。實現(xiàn)功率放大。 由于晶體管有死區(qū)電壓，所以在輸出波形過由于晶體管有死區(qū)電壓，所以在輸出波形過零點附近會出現(xiàn)失真，稱為零點附近會出現(xiàn)失真，稱為交越失真交越失真。（3 3）甲乙類工作狀態(tài)）甲乙類工作狀態(tài)特

6、點是：特點是：靜態(tài)集電極電流很小，波形好，無失靜態(tài)集電極電流很小，波形好，無失真，管耗小，效率高。真，管耗小，效率高。I IC CU UCECEi iC Ct tQ Qi iC Ci iC Ct tt tQ QQ QI IC CI IC CU UCECEU UCECE甲乙類工作狀態(tài)甲乙類工作狀態(tài)乙類工作狀態(tài)乙類工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)0 00 00 00 00 00 0 功率放大電路工作在大信號狀態(tài)，所以常用功率放大電路工作在大信號狀態(tài)，所以常用估算法估算法或或圖解法圖解法。電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁68.1.2 基本功率放大電路基本功率放大電路功率放大電路的形式有：功率放大

7、電路的形式有：（1 1）變壓器耦合方式）變壓器耦合方式無變壓器輸出電路無變壓器輸出電路(OTL)(OTL)：用用單電源單電源, ,通過容量較大的電容與負載通過容量較大的電容與負載耦合耦合, ,實現(xiàn)功率放大實現(xiàn)功率放大, ,稱為稱為無輸出變壓器無輸出變壓器（Output TransformerlessOutput Transformerless）電路。）電路。無輸出電容電路無輸出電容電路(OCL)(OCL)：使用使用雙電源雙電源, ,使互補對稱電路直接與負載使互補對稱電路直接與負載相連相連, ,省去輸出電容省去輸出電容, ,構(gòu)成無輸出電容（構(gòu)成無輸出電容（Output Capacitorless

8、Output Capacitorless）電路。）電路。+U+UCCCCR RL LT T1 1u ui iT T2 2+ +- -T Tr1r1T Tr2r2R RL Lu ui i+U+UCCCCR RB BC CT TT Tr r特點是：特點是：優(yōu)點是利用變壓器的變阻作用，優(yōu)點是利用變壓器的變阻作用，實現(xiàn)實現(xiàn)阻抗匹配阻抗匹配，負載能獲得最大功率；，負載能獲得最大功率；但變壓器體積大，重量重，易引入電磁干但變壓器體積大，重量重，易引入電磁干擾，頻帶窄，電路不能集成化。擾，頻帶窄，電路不能集成化。（2 2）互補對稱電路）互補對稱電路電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁78.1.2 基本功率放

9、大電路基本功率放大電路1. OCL1. OCL電路：電路：R R2 2u ui i+ +U+UCCCCR RL LT T1 1- -b ba au uo o-U-UCCCCR R1 1T T2 2u uo ou ui i（1 1）OCLOCL電路原理圖電路原理圖（2 2）工作原理）工作原理: :在在u ui i的的正半周正半周，+U+UCCCC使使T T1 1導通，導通，T T2 2截止截止, ,負載得到負載得到正半周輸出正半周輸出。i iC1C1i iC2C2 t t t tT T1 1、T T2 2特性完全相同特性完全相同, ,常采用常采用對管對管；T T1 1為為NPNNPN管，管，T

10、T2 2為為PNPPNP管；管；使用正負兩個電源使用正負兩個電源+U+UCCCC、-U-UCCCC。（3 3）特點）特點: :（理想情況）（理想情況）最大輸出功率最大輸出功率：最高效率最高效率：交越失真交越失真max100%78.5%42max12CCLUPROCLOCL電路線路簡單，效率高；但有交越失真，電路線路簡單，效率高；但有交越失真，T T1 1、T T2 2必須對稱必須對稱。在在u ui i的的負半周負半周，-U-UCCCC使使T T2 2導通，導通，T T1 1截止截止, ,負載得到負載得到負半周輸出負半周輸出。i iB2B2i iB1B1R R1 1=R=R2 2電工電子學電工電

11、子學下頁下頁上頁上頁88.1.2 基本功率放大電路基本功率放大電路（4 4）實用的）實用的OCLOCL電路電路lD D1 1、D D2 2為為T T1 1、T T2 2的發(fā)射結(jié)提供偏置電壓，用來的發(fā)射結(jié)提供偏置電壓，用來消除交越失真消除交越失真。引入負反饋使放大電路工作比較穩(wěn)定，具有較好的放大性能。引入負反饋使放大電路工作比較穩(wěn)定，具有較好的放大性能。R RB2B2u ui i+ +U+UCCCCD D1 1D D2 2R RL LT T1 1- -u uo o-U-UCCCCR RB1B1T T2 2A A0 0+ +- -+ +R RE1E1R RE2E2R R1 1R R2 2R R3

12、3E ElR RE1E1、R RE2E2起起電流串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋作用；作用；R R1 1、R R2 2起起電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋作用。作用。lR RB1B1、R RB2B2使使T T1 1、T T2 2的的偏置電阻偏置電阻。 集成運放構(gòu)成同相輸入集成運放構(gòu)成同相輸入前前置放大電路置放大電路，放大倍數(shù)為：，放大倍數(shù)為：T T1 1、T T2 2構(gòu)成構(gòu)成互補對稱功放互補對稱功放。211fRARR RB1B1=R=RB2B2R RE1E1=R=RE2E2u uo1o11ofiuA u電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁98.1.2 基本功率放大電路基本功率放大電路2. OTL2. OT

13、L電路：電路：R Ru ui i+ +U+UCCCCR RL LT T1 1- -u uo oR RT T2 2（1 1）OTLOTL電路原理圖電路原理圖（2 2）工作原理）工作原理: : 在在u ui i的正半周，的正半周，T T1 1導通，負載得到正半周輸出，同時導通，負載得到正半周輸出，同時, ,電容電容C C充電，充電，電壓電壓U UC C充電到充電到U UCCCC/2/2。該電壓該電壓U UC C是信號負半周時是信號負半周時T T2 2的電源的電源。i iC1C1i iC2C2 電路使用電路使用單電源單電源+U+UCCCC，兩個電阻，兩個電阻R R分壓，使分壓，使靜態(tài)時靜態(tài)時T T1

14、 1、T T2 2的基極電位的基極電位（3 3）特點）特點: :（理想情況）（理想情況）最大輸出功率：最大輸出功率：最高效率：最高效率：max100%78.5%42max18CCLUPROTLOTL使用單電源，效率高；但有交越失真，電容使用單電源，效率高；但有交越失真，電容C C要足夠大。要足夠大。C C+ +C C1 1+ +- - T T1 1、T T2 2的發(fā)射極通過的發(fā)射極通過大容量電容大容量電容C C和負載和負載R RL L相連，發(fā)射極電位相連，發(fā)射極電位在在u ui i的負半周，電容上電壓的負半周，電容上電壓U UC CU UCCCC/2/2使使T T2 2導通，負載得到負半周輸出

15、。導通，負載得到負半周輸出。U UB BU UE E2CCBUU2CCEUU電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁108.1.2 基本功率放大電路基本功率放大電路（4 4）實用的）實用的OTLOTL電路電路lD D1 1、D D2 2為為T T1 1、T T2 2的發(fā)射結(jié)提供偏置電壓，用來的發(fā)射結(jié)提供偏置電壓，用來消除交越失真消除交越失真。引入負反饋使放大電路工作比較穩(wěn)定，具有較好的放大性能。引入負反饋使放大電路工作比較穩(wěn)定，具有較好的放大性能。R RB2B2u ui i+ +U+UCCCCD D1 1D D2 2R RL LT T1 1+ +u uo oR RB1B1T T2 2A A0 0+

16、 +- -+ +R RE1E1R RE2E2R RR R3 3C C2 2E ElR RE1E1、R RE2E2起起電流串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋作用；作用；R R1 1、R R2 2起起電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋作用。作用。lR RB1B1、R RB2B2使使T T1 1、T T2 2的的偏置電阻偏置電阻。l兩個兩個R R分壓使分壓使集成運放集成運放輸輸入端靜態(tài)電位為入端靜態(tài)電位為U UCCCC/2/2。lC C1 1、C C2 2為為隔直電容隔直電容。R R1 1R R2 2R RC C1 1C Cl大容量電容大容量電容C C為為耦合電容耦合電容。lR R3 3為用于為用于增加輸入電阻增加

17、輸入電阻。電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁118.1.3 集成功率放大器舉例集成功率放大器舉例TDA2030TDA2030集成音頻功率放大器集成音頻功率放大器（OCLOCL電路）電路）1 12 23 34 45 5啟動啟動偏置偏置電路電路同相輸入同相輸入反相輸入反相輸入負電源負電源輸出輸出正電源正電源輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級短路短路過熱過熱保護保護短路短路過熱過熱保護保護5 5腳塑封結(jié)構(gòu)腳塑封結(jié)構(gòu)特點：特點：+ +- -1 12 23 34 45 5轉(zhuǎn)換效率高、失真小、輸出功率大外圍電路簡單，被廣泛使用。轉(zhuǎn)換效率高、失真小、輸出功率大外圍電路簡單，被廣泛使用。 電源為電源為6

18、61818，靜態(tài)電流，靜態(tài)電流45mA45mA。當。當U UCCCC= =14V14V時，負載時，負載R RL L=4=4時，輸出時，輸出功率功率P PO O達達18W18W，電壓增益為，電壓增益為30dB30dB（31.631.6倍），頻帶寬倍），頻帶寬10H10HZ Z14KH14KHZ Z電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁128.1.3 集成功率放大器舉例集成功率放大器舉例典型應用一：典型應用一：TDA2030TDA2030集成音頻功率放大器接成集成音頻功率放大器接成OCLOCLR R2 2、C C2 2、R R3 3構(gòu)成構(gòu)成電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋，改變，改變R R2 2或或R

19、R3 3可可改變電壓增益改變電壓增益。1 12 23 34 45 5TDA2030TDA2030u ui iR R1 1R R2 2R R3 3R R4 4C C1 1C C2 2C C3 3C C4 4C C5 5D D1 1D D2 2D D3 3D D4 4+U+UCCCC-U-UCCCCR RL LD D1 1、D D2 2用作輸出保護；用作輸出保護；R R4 4、C C5 5用以補償高頻時喇叭的電感，使其在高頻時有較好的特性。用以補償高頻時喇叭的電感，使其在高頻時有較好的特性。C C3 3、C C4 4作電源濾波；作電源濾波；D D3 3、D D4 4防止電源反接。防止電源反接。1

20、1F F0.10.1F F2222F F0.10.1F F0.220.22F F68068022k22k22k22k1 1+ +- -電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁138.1.3 集成功率放大器舉例集成功率放大器舉例典型應用二：典型應用二：TDA2030TDA2030集成音頻功率放大器接成集成音頻功率放大器接成OTLOTLR R1 1、R R2 2分壓使分壓使1 1腳電壓為腳電壓為U UCCCC/2/2，R R3 3用于提高輸入電阻。用于提高輸入電阻。1 12 23 34 45 5TDA2030TDA2030u ui iR R2 2R R5 5R R6 6R R4 4C C1 1C C2

21、 2C C3 3C C5 5D D1 1D D2 2D D3 3+U+UCCCCR RL L大容量電容大容量電容C C為耦合電容。為耦合電容。C C20002000F FR R1 1R R3 3C C4 4100k100k100k100k100k100k150k150k1 14.7k4.7k0.10.1F F0.220.22F F2 2F F5 5F F2222F FD D1 1、D D2 2用作輸出保護；用作輸出保護；C C3 3作電源濾波；作電源濾波；D D3 3防止電源反接。防止電源反接。+ +- -電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁14主要內(nèi)容主要內(nèi)容8.2.18.2.1 單相橋式整

22、流電路單相橋式整流電路8.2.28.2.2 濾波電路濾波電路8.2.3 8.2.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路8.2.4 8.2.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁15基本概念基本概念l整流濾波電路的需要整流濾波電路的需要 很多場合需要很多場合需要直流電源直流電源，而一般供電是，而一般供電是50H50HZ Z的交流，所以要將的交流，所以要將交流變成直流，即交流變成直流，即直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源。整流電路整流電路將交流變成脈動的直流將交流變成脈動的直流l直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源的組成整流整流電路電路濾波濾波電路電路穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路電路220V220V50H

23、50HZ Z變壓器變壓器濾波電路濾波電路將脈動直流變成比較平穩(wěn)的直流將脈動直流變成比較平穩(wěn)的直流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路將比較平穩(wěn)的直流變成穩(wěn)定的直流將比較平穩(wěn)的直流變成穩(wěn)定的直流R RL Lu u1 1u u2 2電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁161. 1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)R RL LD DT Tr ra ab bu u2 2u uD Du uL L220V220V2. 2.工作原理及各點波形工作原理及各點波形由變壓器由變壓器T Tr r、二極管二極管D D、負載負載R RL L組成。組成。設變壓器設變壓器副邊電壓副邊電壓為：為：22u2sinUtl在在u u2 2的正半周，的正半周，D D承

24、受正向電壓而承受正向電壓而導通導通，電流從電流從a a點流出。經(jīng)點流出。經(jīng)D D、R RL L流入流入b b點，負載點，負載R RL L上上電壓等于電壓等于u uL L 。l在在u u2 2的負半周，的負半周，D D承受反向電壓而承受反向電壓而截止截止，負載負載R RL L上電壓等于零。上電壓等于零。u uL Lu u2 2u uD Di iL Li iD D t t t t t t t ti iL Li iD D- -+ +- -+ + +- -單相半波整流電路單相半波整流電路電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁173. 3.單向半波整流電路的特性單向半波整流電路的特性輸出電壓平均值輸出電壓

25、平均值L222012U =2sin0.452UtdtUUu uL Lu u2 2u uD Di iL Li iD D t t t t t t t t二極管平均電流、負載平均電流二極管平均電流、負載平均電流2I0.45DLLUIR二極管承受的最大反向電壓二極管承受的最大反向電壓22RMUU單相半波整流電路單相半波整流電路R RL LD DT Tr ra ab bu u2 2u uD Du uL L220V220Vi iL Li iD D- -+ +- -+ + +- -電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁18u uL Lu u2 2u uD Di iL Li iD D t t t t t t t

26、 t4. 4.二極管的選用二極管的選用l二極管的最大整流電流二極管的最大整流電流I IOMOM，要大于負要大于負載電流平均值載電流平均值I IL L。l二極管的反向工作電壓二極管的反向工作電壓U URMRM，要大于變要大于變壓器副邊電壓的幅值壓器副邊電壓的幅值U UM M。實際選用時要。實際選用時要有有10%10%的余量的余量。5. 5.電路特點電路特點電路簡單，整流元件少；電路簡單，整流元件少；輸出電壓低，脈動大，效率低。輸出電壓低，脈動大，效率低。 單相半波整流電路單相半波整流電路R RL LD DT Tr ra ab bu u2 2u uD Du uL L220V220Vi iL Li

27、iD D- -+ +- -+ + +- -電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁19單相半波整流電路應用舉例單相半波整流電路應用舉例例例 圖示整流電路中。圖示整流電路中。R RL L=200=200 ，U U2 2=20V=20V，試求：試求：(1)(1)負載上電壓和電流平均值；負載上電壓和電流平均值；(2)(2)二極管承受的最大反向電壓和通過的二極管承受的最大反向電壓和通過的平均電流。平均電流。 (1)(1)負載電壓平均值負載電壓平均值RM2U= 22 2028.2UV(2)(2)二極管承受的最大反向電壓二極管承受的最大反向電壓2200.450.450.045A45mA200LLUIR解：解：

28、L2U=0.45U =0.4520=9V負載電流平均值負載電流平均值二極管流過的平均電流二極管流過的平均電流45DLIImAR RL LD DT Tr ra ab bu u2 2u uD Du uL L220V220Vi iL Li iD D- -+ +- -+ + +- -電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁20R RL LD D1 1T Tr ra ab bu u2 2u uL L簡化畫法簡化畫法1.1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)D D2 2D D3 3D D4 4R RL LT Tr ra ab bu u2 2u uL L2. 2.工作原理工作原理l在在u u2 2的正半周：的正半周：D D1 1

29、、 D D3 3 、導通，、導通， D D2 2、 D D4 4截止；負載截止；負載R RL L上電上電壓等于壓等于u u2 2的正半周；的正半周； D D2 2、 D D4 4承受反向電壓為承受反向電壓為u u2 2 。l在在u u2 2的負半周：的負半周：D D2 2、 D D4 4導通，導通， D D1 1、 D D3 3 截止；負載截止；負載R RL L上電壓上電壓等于等于u u2 2的負半周；的負半周； D D1 1、 D D3 3承受反向電壓為承受反向電壓為u u2 2 。在正、負半周，負載中電流方向相同在正、負半周，負載中電流方向相同8.2.1 單相橋式整流電路單相橋式整流電路u

30、 u1 1u u1 1+ + + + +- - - - -+ + +- - -i iL Li iL L電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁21R RL LD D1 1T Tr ra ab bu u2 2u uL LD D2 2D D3 3D D4 43. 3.各點波形各點波形i iD Du u2 2u uD Di iL Lu uL L t t t t t t t ti iD1D1i iD3D3i iD2D2i iD4D4u uD4D4u uD1D1u uD3D3u uD2D2i iD1D1i iD3D3i iD2D2i iD4D4i iL L t t二極管反向電壓二極管反向電壓u uD D波形

31、如圖波形如圖+ + + +- - - -u u1 1變壓器次級電壓變壓器次級電壓u u2 2；二極管電流二極管電流i iD D；負載電流負載電流i iL L；負載電壓負載電壓u uL L； 2 2 3 3 l變壓器次級電流變壓器次級電流i i2 2波形如圖波形如圖i i2 2i i2 28.2.1 單相橋式整流電路單相橋式整流電路電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁224. 4.特性特性輸出電壓平均值輸出電壓平均值（直流分量）（直流分量）L2220122U =2sin()0.9UtdtUU負載電流平均電流負載電流平均電流L2U0.9LLLUIRR每只二極管平均電流每只二極管平均電流22DRMU

32、U2DL1I0.452LUIR二極管承受的最大反向電壓二極管承受的最大反向電壓i iD Du u2 2u uD Di iL Lu uL L t t t t t t t ti iD1D1i iD3D3i iD2D2i iD4D4u uD4D4u uD1D1u uD3D3u uD2D2 t t 2 2 3 3 i i2 2變壓器次級電流變壓器次級電流( (是是正弦波正弦波, ,有效值有效值) )為為221.111.11LLLLUUIIRR8.2.1 單相橋式整流電路單相橋式整流電路電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁235.5.二極管的選用二極管的選用l二極管的反向工作電壓二極管的反向工作電壓U

33、URMRM，要大于要大于變壓器副邊電壓的幅值變壓器副邊電壓的幅值U UM M，實際選用實際選用時要有時要有10%10%的余量的余量。6.6.電路特點電路特點輸出電壓高，脈動小，變壓器利用率高。輸出電壓高，脈動小，變壓器利用率高。8.2.1 單相橋式整流電路單相橋式整流電路R RL LD D1 1T Tr ra ab bu u2 2220V220VD D2 2D D3 3D D4 4u uL L+ + + +- - - -i i2 2I IL Lu u2 2u uL L t t t t 2 2 3 3 i i2 2l二極管的最大整流電流二極管的最大整流電流I IOMOM，要大于負載電流平均要大于

34、負載電流平均值值I IL L的一半。的一半。電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁24單相橋式整流電路應用舉例單相橋式整流電路應用舉例 例題例題8.2.1 8.2.1 某負載需要某負載需要18V18V、1A1A的的直流電源供電，試計算：直流電源供電，試計算：(1)(1)電源變壓電源變壓器二次側(cè)電壓和電流有效值及變壓器器二次側(cè)電壓和電流有效值及變壓器容量；容量；(2)(2)通過二極管的電流平均值和通過二極管的電流平均值和承受的反向電壓最大值，并選擇整流承受的反向電壓最大值，并選擇整流二極管。二極管。R RL LD D1 1T Tr ra ab bu u2 2220V220VD D2 2D D3 3

35、D D4 4u uL L(1)(1)變壓器次級電壓有效值與電流有效值變壓器次級電壓有效值與電流有效值DRM2U= 222028.2UV二極管承受的最大反向電壓二極管承受的最大反向電壓解：解：21820()0.90.9LUUV（2 2）二極管流過的平均電流）二極管流過的平均電流1110.5A22DLII 查表選擇整流電流大于查表選擇整流電流大于0.5A0.5A，最大反向電壓大于，最大反向電壓大于28V28V的二極管。的二極管。例選擇例選擇2CZ11A2CZ11A（I IFMFM=1A=1A，U URMRM=100V=100V）+ + + +- - - -i i2 221.111.11 1 1.1

36、1LIIA 變壓器容量為變壓器容量為22 220 1.1122.2SU IVAI IL L電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁251. 1.電容濾波電路電容濾波電路(1)(1)電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)R RL LD D1 1T Tr ra ab bu u2 2u uL L(u(uC C) )220V220VD D2 2D D3 3D D4 4i iL LC C+ +- -+ +(2)(2)工作原理及波形圖工作原理及波形圖 t tu uL Ll在在u u2 2正半周且大于正半周且大于u uC C時，時，D D1 1、D D3 3導通，導通，對對C C充電，充電，即即abab段段。a ab bc cd d

37、充電充電放電放電l在在u u2 2負半周時，負半周時，D D2 2、D D4 4導通，對導通，對C C充電，充電，重復重復上述過程。上述過程。l當當u u2 2到峰值后開始下降，到峰值后開始下降，即即bcbc段段。l之后電容之后電容C C放電，放電，即即cdcd段段。 從輸出波形上看，電容濾波后，輸出電壓脈動減小，從輸出波形上看，電容濾波后，輸出電壓脈動減小，波形平穩(wěn)了；且輸出電壓平均值也提高了。波形平穩(wěn)了；且輸出電壓平均值也提高了。8.2.2 濾波電路濾波電路+ +- - -+ +- -電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁26(3)(3)電容濾波電路特點電容濾波電路特點負載變化對輸出電壓的影

38、響負載變化對輸出電壓的影響電容電容C C的選擇的選擇輸出電壓平均值的計算輸出電壓平均值的計算二極管的導通角二極管的導通角 當電容當電容C C一定時，負載電阻一定時，負載電阻R RL L越小，則時間常數(shù)越小，則時間常數(shù)R RL L C C小，輸出電壓減小，輸出電壓減小，且脈動變大。電路適用于小，且脈動變大。電路適用于負載電流小負載電流小，且負載，且負載變化較小變化較小的場合。的場合。選擇原則：選擇原則：LR C(3 5)2TT T為電源電壓周期為電源電壓周期電容的耐壓值應大于變壓器副邊電壓的幅值；電容的極性不能接錯。電容的耐壓值應大于變壓器副邊電壓的幅值；電容的極性不能接錯。橋式整流電容濾波，輸

39、出電壓的平均值?。簶蚴秸麟娙轂V波，輸出電壓的平均值?。篖2U =1.2U 電容濾波時，二極管導通角減小，會出現(xiàn)電容濾波時，二極管導通角減小，會出現(xiàn)沖擊電流沖擊電流，因此二極，因此二極管容量要大一點。管容量要大一點。t tu uL La ab bc cd d8.2.2 濾波電路濾波電路電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁272. 2.電感濾波電路電感濾波電路(1)(1)電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)(2)(2)工作原理工作原理R RL LT Tr ra ab bu u2 2u uL L220V220VL L 當電感中當電感中電流變化電流變化時，電感兩端產(chǎn)生時，電感兩端產(chǎn)生自感電動勢自感電動勢來來阻止電流的變

40、阻止電流的變化化，使，使輸出電流穩(wěn)定輸出電流穩(wěn)定，從而使負載得到，從而使負載得到平穩(wěn)的直流平穩(wěn)的直流。 只要電感只要電感L L足夠大，滿足足夠大，滿足LRLRL L，整流電壓的，整流電壓的交流分量交流分量就大部分就大部分降在線圈上，而降在線圈上，而直流分量直流分量大部分降在負載兩端。大部分降在負載兩端。 若忽略電感線圈內(nèi)阻和二極管壓降，則負載電壓平均值為：若忽略電感線圈內(nèi)阻和二極管壓降，則負載電壓平均值為：L2U0.9ULU 電感濾波電路適用于負載電流大的場合。但電感元電感濾波電路適用于負載電流大的場合。但電感元件體積大，比較笨重，成本高，功耗大。件體積大，比較笨重，成本高，功耗大。8.2.2

41、 濾波電路濾波電路u uL L + + + + +- - - - -電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁283. 3.復式濾波電路復式濾波電路常見的復式濾波電路結(jié)構(gòu)如圖常見的復式濾波電路結(jié)構(gòu)如圖+ +- -+ +- -+ +- -+ +- -+ +- -R RC C1 1C C2 2C C1 1C C2 2L LL L+ + + +- - - -LCLC濾波電路濾波電路LC LC 濾波電路濾波電路RC RC 濾波電路濾波電路8.2.2 濾波電路濾波電路C C1 1U UI IU UI IU UI IU UO OU UO OU UO O+ + + +- - - -電工電子學電工電子學下頁下頁上頁

42、上頁29電路如圖，電路如圖，輸入正弦交流信號，輸入正弦交流信號，畫出輸出電壓波形畫出輸出電壓波形12V12V+ +- -6V6V二極管應用二極管應用u ui iu uo o+ +- -+ +- -u ui iu uo o+ +- -+ +- -u ui iu uo o+ +- -6V6V6V6V-12V-12Vu ui it t12V12V-12V-12Vu ui it t12V12V-12V-12Vu ui it t12V12V-12V-12Vu ui it t0 0-6V-6V6V6V6V6VD DD DD DR RR RR Ru ui i-6V-6V時時D D導通導通,u,uo o=u=

43、ui iu ui i6V6V時時D D導通導通,u,uo o=u=ui iu ui i6VII，所以輸出電壓為，所以輸出電壓為1211212111.25(1)RORRURUUI RURRR 可見：可見：改變改變R R2 2就可調(diào)節(jié)輸出電壓就可調(diào)節(jié)輸出電壓U UO O；當當R R1 1取取240240，R R2 2取取6.8k6.8k電位器，則電位器，則U UO O的可調(diào)范圍為的可調(diào)范圍為1.251.2537V37V。CW137CW137輸出為負電壓，應用電路與輸出為負電壓，應用電路與C117C117電路套用即可。電路套用即可。電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁388.2.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串

44、聯(lián)型穩(wěn)壓電路 例題例題8.2.2 8.2.2 圖是一個圖是一個0 030V30V連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，試分析其連續(xù)可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，試分析其工作原理。工作原理。CW117CW117U UR RU UO OC CI ID DZ Z1 12 23 3+ + +- - -R R 6.3V 6.3V交流電源經(jīng)交流電源經(jīng)D D半波整流、半波整流、C C濾波、濾波、R1R1和和D DZ Z（穩(wěn)壓值（穩(wěn)壓值1.25V)1.25V)構(gòu)構(gòu)成穩(wěn)壓電路，故成穩(wěn)壓電路，故a a點對地電壓為點對地電壓為U Ua a=-1.25V=-1.25V。R RP P220V220VR R1 1C CR RL L解：解：輔助電

45、源輔助電源(1)1.25(1)1.251.25PPPORaRRRUUURRR+ + + +35V35V2CZ12B2CZ12B4 422002200F/50VF/50V0.330.33F F1 1F F3k3k1201201.25V1.25V6806802CP102CP10D D6.3V6.3V5050F/10VF/10Va a輸出電壓輸出電壓R RP P在在0 03k3k之間調(diào)節(jié)時，輸出電壓之間調(diào)節(jié)時，輸出電壓U UO O可在可在0 030V30V的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。U UO O范圍范圍0 030V30V；最大電流最大電流1.5A1.5A。電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁

46、398.2.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路1.1.概念概念 線性穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，調(diào)整管的電流和調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，調(diào)整管的電流和兩端壓降都較大，因而功耗大、效率較低。兩端壓降都較大，因而功耗大、效率較低。 當調(diào)整管截止時，管壓降較高，但電流近似為零；當調(diào)整管截止時，管壓降較高，但電流近似為零； 當調(diào)整管飽和時，電流較大，但管壓降很小。當調(diào)整管飽和時，電流較大，但管壓降很小。 因此，因此，開關(guān)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管功耗小、效率高、體積小、重量輕開關(guān)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管功耗小、效率高、體積小、重量輕、允許電網(wǎng)電壓有較大有較大的波動。、允許電網(wǎng)電壓有較大有較大的波動。缺點：缺

47、點：輸出電壓有較大的紋波和噪聲。輸出電壓有較大的紋波和噪聲。 開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，調(diào)整管以較高的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，調(diào)整管以較高的調(diào)制頻率在飽和區(qū)和截止區(qū)之間快速變換。調(diào)制頻率在飽和區(qū)和截止區(qū)之間快速變換。2.2.開關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點開關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁408.2.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路3.3.開關(guān)型穩(wěn)壓電路的開關(guān)型穩(wěn)壓電路的框圖框圖及及分類分類 按調(diào)制方式分為：按調(diào)制方式分為：脈寬調(diào)制型：脈寬調(diào)制型：通過調(diào)整脈沖寬度來調(diào)整輸出電壓。通過調(diào)整脈沖寬度來調(diào)整輸出電壓。脈頻調(diào)制型：脈頻調(diào)制型：通過調(diào)整脈沖頻率來調(diào)節(jié)輸出電

48、壓。通過調(diào)整脈沖頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓。混合調(diào)制型：混合調(diào)制型：通過調(diào)整脈沖寬度和頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓。通過調(diào)整脈沖寬度和頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓。按按功率管與負載的連接方式分為：按按功率管與負載的連接方式分為：串聯(lián)型、并聯(lián)型串聯(lián)型、并聯(lián)型整流整流濾波濾波高頻高頻變換變換方波方波整流濾波整流濾波脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制比較器比較器采樣電路采樣電路基準電壓基準電壓振蕩電路振蕩電路2020- -200kH200kHZ ZT TononT ToffoffT TACACDCDC電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁418.2.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路4.4.串聯(lián)脈寬調(diào)制串聯(lián)脈寬調(diào)制(PWM)(PWM)開關(guān)型穩(wěn)壓電路

49、的結(jié)構(gòu)開關(guān)型穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)C Cu ui iU UI IT T+ + +- - -A A1 1A A2 2R R1 1R R2 2D DL LR RL LU Uo o+ +- -+ +- -u uN1N1U UREFREFu uN2N2u uP2P2u uB B整整流流濾濾波波電電路路三角波三角波發(fā)生電路發(fā)生電路基準電壓基準電壓電路電路+ +- -比較放大比較放大脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制圖中：圖中：T T為調(diào)整管，工作在開關(guān)狀態(tài)，可用（為調(diào)整管，工作在開關(guān)狀態(tài)，可用（MOSFETMOSFET或或IGBTIGBT）。）。 L L和和C C為濾波元件。為濾波元件。D D為續(xù)流二極管。為續(xù)流二極管。 比較器

50、比較器A A2 2和三角波發(fā)生電路構(gòu)成和三角波發(fā)生電路構(gòu)成脈寬調(diào)制電路脈寬調(diào)制電路。 運算放大器運算放大器A A1 1構(gòu)成比較放大電路，對基準電壓構(gòu)成比較放大電路，對基準電壓U UREFREF和取樣電壓和取樣電壓u uN1N1的差值進行放大。的差值進行放大。電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁428.2.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路5.5.工件原理工件原理（調(diào)整過程）（調(diào)整過程）C Cu ui iU UI IT T+ + +- - -A A1 1A A2 2R R1 1R R2 2D DL LR RL LU Uo o+ +- -+ +- -u uN1N1u uREFREFu uN2N2u

51、uP2P2u uB B整整流流濾濾波波電電路路三角波三角波發(fā)生電路發(fā)生電路基準電壓基準電壓電路電路+ +- -比較放大比較放大脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制 當當U Uo ouuN1N1uuP2P2TToffoffTTonon占空占空比比(q=T(q=Tonon/T)/T)調(diào)整管導通時間減小調(diào)整管導通時間減小UUo o使使U Uo o趨于不變趨于不變u uN2N2u uB Bu uP2P2T TT TononT Toffofft tt t0 00 0 即，調(diào)整管的開關(guān)周期不變，通過改變導通時即，調(diào)整管的開關(guān)周期不變，通過改變導通時間間T Tonon（脈沖寬度）調(diào)節(jié)占空比，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓。（脈沖寬度）調(diào)節(jié)占空比

52、，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓。電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁43主要內(nèi)容主要內(nèi)容8.3.18.3.1 功率半導體器件功率半導體器件8.3.28.3.2 可控整流電路可控整流電路8.3.3 8.3.3 交流調(diào)壓和變頻電路交流調(diào)壓和變頻電路8.3.4 8.3.4 直流調(diào)壓電路直流調(diào)壓電路電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁448.3.1 功率半導體器件功率半導體器件1.1. 晶閘管晶閘管可控硅可控硅 是大功率是大功率變流技術(shù)變流技術(shù)中應用最廣的一種功率半導體器件。中應用最廣的一種功率半導體器件。 有：有：普通晶閘管、快速晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、可關(guān)斷普通晶閘管、快速晶閘管、雙向晶閘管、逆導晶閘管、

53、可關(guān)斷晶閘管等。晶閘管等。（1 1）結(jié)構(gòu)、符號圖、等效電路）結(jié)構(gòu)、符號圖、等效電路J J1 1J J2 2J J3 3P P1 1N N1 1P P2 2N N2 2A A（陽極）（陽極）K K（陰極）（陰極）G G（門極）（門極）（控制極）（控制極）A AK KG GA AK KK KG GU UGKGKU UAKAKI IA AI IE1E1I IC2C2I IE2E2I IK KI IC1C1I IG GI IB1B1T T1 1T T2 2+ + +- - -I IB2B2結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖符號圖符號圖等效電路模型等效電路模型2 21 1電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁458.3.1 晶

54、閘管和絕緣門極雙極晶體管晶閘管和絕緣門極雙極晶體管（2 2）工作原理）工作原理A AK KK KG GU UGKGKU UAKAKI IA AI IE1E1I IC2C2I IE2E2I IK KI IC1C1I IG GI IB1B1T T1 1T T2 2+ + +- - -I IB2B2l當當U UAKAK000，U UGKGK0 0時時，三極管，三極管T T2 2因反向偏置截止，因反向偏置截止，晶閘管不導通，晶閘管處于晶閘管不導通，晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)正向阻斷狀態(tài)。l當當U UAKAK00，U UGKGK 0 0時時，產(chǎn)生門極電流，產(chǎn)生門極電流I IG G（即（即I IB2B2）注意

55、：注意：晶閘管一但導通，去掉晶閘管一但導通，去掉U UGKGK，晶閘管依，晶閘管依然能維持導通。所以然能維持導通。所以U UGKGK常為觸發(fā)脈沖。常為觸發(fā)脈沖。G G極只極只能控制其導通。能控制其導通。A AK KG G2 21 1U UAKAKU UGKGK+ +- -+ +- - 如此正反饋，使如此正反饋，使T T1 1、T T2 2迅速飽和導通，即迅速飽和導通，即晶閘管全導通，處于晶閘管全導通，處于正向?qū)顟B(tài)正向?qū)顟B(tài)。222CBII112122CCBIII 經(jīng)經(jīng)T T2 2放大，得放大，得再經(jīng)再經(jīng)T T1 1放大，得放大，得電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁468.3.1 晶閘管

56、和絕緣門極雙極晶體管晶閘管和絕緣門極雙極晶體管（3 3）晶閘管導通條件及特點）晶閘管導通條件及特點 導通條件：導通條件：( (缺一不可缺一不可) )l陽極與陰極之間加正向電壓；陽極與陰極之間加正向電壓；l門極與陰極之間加正向觸發(fā)電壓。門極與陰極之間加正向觸發(fā)電壓。 晶閘管導通后控制極失去控制作用。晶閘管導通后控制極失去控制作用。 當陽極電流當陽極電流I IA A小于某一值小于某一值I IH H時，晶閘管恢復到時，晶閘管恢復到正向阻斷狀態(tài)。正向阻斷狀態(tài)。I IH H稱為晶閘管的稱為晶閘管的維持電流維持電流。關(guān)斷的實用方法：關(guān)斷的實用方法： 增大負載電阻、降低陽極電壓增大負載電阻、降低陽極電壓;

57、; 使陽極與陰極間使陽極與陰極間加反向電壓加反向電壓。A AK KK KG GU UGKGKU UAKAKI IA AI IE1E1I IC2C2I IE2E2I IK KI IC1C1I IG GI IB1B1T T1 1T T2 2+ + +- - -I IB2B2A AK KG G2 21 1U UAKAKU UGKGK+ +- -+ +- -特點：特點：晶閘管關(guān)斷的基本原則：晶閘管關(guān)斷的基本原則：只要使只要使陽極電流小于維持電流陽極電流小于維持電流I IH H即可。即可。I IA A電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁478.3.1 晶閘管和絕緣門極雙極晶體管晶閘管和絕緣門極雙極晶體管

58、（4 4）晶閘管伏安特性）晶閘管伏安特性0 0U UAKAK陽極電流陽極電流I IA A和陽極與陰極間電壓和陽極與陰極間電壓U UAKAK的關(guān)系，即的關(guān)系，即正向特性：正向特性：（U UAKAK0)0)()AAKIf UI IA AI IAGAGI IG G=0=0I IG1G1I IG2G2I IH HU UBOBOU UF FU UBRBRl當當U UAKAKUUUBOBO時，晶閘管被擊穿導通時，晶閘管被擊穿導通( (不允許不允許) )，U UBOBO稱為稱為正向轉(zhuǎn)折電壓正向轉(zhuǎn)折電壓。A AK KG GU UAKAKU UGKGK+ +- -+ +- -I IA AI IG G若門極不加電

59、壓，若門極不加電壓，I IG G=0=0電工電子學電工電子學下頁下頁上頁上頁488.3.1 晶閘管和絕緣門極雙極晶體管晶閘管和絕緣門極雙極晶體管（4 4）晶閘管伏安特性）晶閘管伏安特性0 0U UAKAK 晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)，有很小的反向漏電流，當反向電壓達到晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)，有很小的反向漏電流，當反向電壓達到反向擊穿電壓反向擊穿電壓U UBRBR時，晶閘管反向擊穿。時，晶閘管反向擊穿。()AAKIf UI IA AI IAGAGI IG G=0=0I IG1G1I IG2G2I IH HU UBOBOU UF FU UBRBR晶閘管從阻斷變?yōu)閷?，正向電壓降低，晶閘管從阻斷變?yōu)閷?/p>

60、，正向電壓降低，I IG G越大，該電壓越小。越大，該電壓越小。 晶閘管導通后與二極管正向特性類似，工作電流由外電路決定，正晶閘管導通后與二極管正向特性類似，工作電流由外電路決定，正向管壓降向管壓降U UF F很小，約為很小，約為0.40.41.2V1.2V。A AK KG GU UAKAKU UGKGK+ +- -+ +- -I IA AI IG G若門極加正向電壓，若門極加正向電壓，I IG G00反向特性：反向特性：（U UAKAK0)UUG(sh)G(sh)時，時，NMOSNMOS管導通，為管導通，為PNPPNP管提供基極電流，管提供基極電流，PNPPNP導通，導通，即即IGBTIGB