第五章 直流穩(wěn)壓電源

本章要求：1.掌握單相整流、濾波電路的工作原理及計算;2.了解穩(wěn)壓電路的工作原理;3.了解集成穩(wěn)壓電路的性能及應(yīng)用。*4.了解可控整流電路的結(jié)構(gòu)和工作原理。第五章直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的、大小合適的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負載變壓器整流器濾波器穩(wěn)壓器第一節(jié)整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦?將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛎}動的直流電壓。

常見的整流電路：單相半波、全波、橋式整流電路；三相半波、橋式整流電路等原理分析時把二極管當作理想元件：

二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大uDO一、單相半波整流電路2.工作原理u

正半周，ua>ub，二極管VD導通；uo=u,

uD=03.工作波形

u負半周，u

a<u

b，二極管VD截止。uo=0,

uD=u1.電路結(jié)構(gòu)–++–aTVDuoubRLioutOuoOuo單向脈動直流電壓4.參數(shù)計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM(5)整流二極管的選擇IOM

ID，URM=(1.5~2)UDRM

例1:單相半波整流電路，已知負載電阻＝750Ω，變壓器副邊電壓U=20V。試求U0、、

UDRM，并選用二極管。，查附錄B，二極管選用2AP4＝16mA＝50V解：二、單相橋式整流電路2.工作原理u

正半周，ua>u

b，二極管VD1、VD3

導通，VD2、VD4

截止。uo=u3.工作波形uD2uD41.電路結(jié)構(gòu)－uouDttRLuiouo1234ab+–+–－u

u

負半周，ua<u

b，二極管VD2、VD4

導通，VD1、VD3

截止。uo=-uRLuiouo1234ab+–+–－－uD2uD4uouDttuuD1uD3(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM(5)變壓器二次側(cè)電流有效值I例2：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為380V，負載電阻RL=80，負載電壓Uo=110V，試求整流變壓器的變比和容量，并選擇二極管。解：(1)負載電流Io每個二極管通過的平均電流變壓器二次側(cè)電壓的有效值為考慮變壓器二次側(cè)繞組及二極管壓降變壓器副邊電流有效值變壓器容量

S=UI=1341.55=208VA變壓器副邊電壓U

134V選用二極管2CZ11C，最大整流電流

，反向工作峰值電壓為URM=300V。例3分析圖中二極管VD2

或VD4

斷開時負載電壓的波形。若VD2

或VD4接反，后果如何？若VD2或VD4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLVD2VD4

VD1VD3解：VD2或VD4斷開后正半周時，VD1和VD3導通，負載中有電流過，負載電壓uo=u；負半周時，VD1和VD3截止，負載中無電流通過，負載兩端無電壓，uo=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo電路為單相半波整流電路。

如果VD2或VD4接反則正半周時，二極管VD1、VD4或VD2、VD3導通，造成電源短路，電流很大，因此VD1、VD4或VD2、VD3將被燒壞,甚至變壓器也被燒壞。

如果VD2或VD4因擊穿燒壞而短路則正半周時，情況與VD2或VD4接反類似，VD3或VD1也將因電流過大而燒壞,甚至變壓器也被燒壞。uo+_~u+_RLVD2VD4

VD1

VD3+_+––+VD2

VD1uRLu-+-+單相全波整流電路2.工作原理1.電路結(jié)構(gòu)VD1導通，VD2截止。uo=

u,uD2=2u

u

正半周，VD1截止，VD2導通。uo=-u,uD1=2u

u負半周，uD2uouDttuuD13.工作波形(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io4.主要參數(shù)(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRMuouRL++––~整流橋畫簡圖一般整流電路uo+_~u+_RLVD2VD4

VD1

VD3~+–第二節(jié)濾波器濾波原理：利用電容兩端的電壓(或電感的電流)不能突變的特性,濾掉脈動直流電壓中的交流成份，保留其直流成份，以平滑輸出電壓波形。交流電壓經(jīng)整流電路后輸出的是脈動直流電壓，既有直流成份又有交流成份。方法：負載RL并聯(lián)電容(或負載RL與電感串聯(lián))。

一、電容濾波器

1.電路結(jié)構(gòu)2.工作原理

u>uC時，二極管導通，電源在給負載RL供電的同時也給電容充電，uC

增加，uo=uC

。

u<uC時，二極管截止，電容通過負載RL

放電，

uC按指數(shù)規(guī)律下降，uo=uC

。+Cici–++–aVDuoubRLio=uC

3.工作波形二極管承受的最高反向電壓。uoutOtO4.電容濾波電路的特點(T—電源電壓的周期)輸出電壓Uo及脈動程度與τ=

RLC有關(guān)

RLC

越大電容器放電越慢輸出電壓的平均值Uo越大，波形越平滑。接負載時近似估算：Uo

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U（半波）當負載開路時UO

(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無電容濾波0.45UUooIO結(jié)論

采用電容濾波時，輸出電壓受負載變化影響較大即帶負載能力較差。

(3)流過二極管的瞬時電流很大

RLC

越大ＵO

越高，IO

越大整流二極管導通時間越短iD

的峰值電流越大。iDtuotOO適合于負載電壓較高、電流較小且變化較小的場合。例3：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。二極管承受的最高反向電壓變壓器副邊電壓的有效值uRLuo++––~+C解：流過二極管的電流可選用二極管2CP11IOM=100mAURM=50V

例3：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。取RLC=5T/2已知RL=200uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器(電解電容)二、電感電容濾波器1.電路結(jié)構(gòu)L

uRLuo++––~+C2.濾波原理對直流分量:L相當于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量:f越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負載上得到比較平滑的直流電壓。當流過電感的電流發(fā)生變化時，線圈中產(chǎn)生自感電勢阻礙電流的變化,使負載電流和電壓的脈動減小。

LC濾波適合電流較大、要求電壓脈動較小的負載三、形濾波器形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好。

比形LC濾波器的體積小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器RuRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加，主要適用于電流較小、要求電壓脈動很小的負載。第三節(jié)直流穩(wěn)壓電源

理想的穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)阻越小，穩(wěn)壓性能越好。其輸出電壓大小基本上與電網(wǎng)電壓、

負載及環(huán)境溫度的變化無關(guān)。一、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR設(shè)UI一定，負載RL變化UO

基本不變IR

(IRR)基本不變UO

(UZ

)IZ1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRVSIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUIUZ設(shè)負載RL一定，UI變化UO

基本不變IRRIZIR+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRVSIz3.穩(wěn)壓二極管參數(shù)的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~3)IOM(3)UI

=(2~3)UO(4)為保證穩(wěn)壓管安全工作為保證穩(wěn)壓管正常工作適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負載變動不大的場合。UIVR2UZRLUO+–R3++––+UB+–VS+–Uf+–R1二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路結(jié)構(gòu)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。調(diào)整元件比較放大基準電壓取樣電路當由于電源電壓或負載電阻的變化使輸出電壓UO

升高時，有如下穩(wěn)壓過程：2.穩(wěn)壓過程由電路圖可知UOUfUBUOICUCE故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。UIVR2UZRLUO+–R3++––+UB+–VS+–Uf+–R1引入的是串聯(lián)電壓負反饋反饋類型3.輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍

輸出電壓UiVR2UZRLUO+–R3++––+UB+–VS+–Uf+–R1由虛短可得：三、集成穩(wěn)壓電源最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端穩(wěn)壓器。1.分類XX兩位數(shù)字為輸出電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓輸出正電壓78XX輸出負電壓79XX（1.25~37V連續(xù)可調(diào)）2.外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形1—公共端3—輸入端2—輸出端79xx3.性能特點（7800、7900系列）輸出電流超過1.5A（加散熱器）不需要外接元件內(nèi)部有過熱保護內(nèi)部有過流保護輸出電壓額定值有:

5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等輸出為固定正電壓時的接法如圖所示。(1)

輸出為固定電壓的電路輸入與輸出之間的電壓不得低于3V4.三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用COW7805CiUi+_+_UO123

0.1~1F1F為了瞬時增減負載電流時，不致引起輸出電壓有較大的波動。用來抵消輸入端接線較長時的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。(2)同時輸出正、負電壓的電路23220V

24V+C

24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO–15V1F1F0.33F0.33F1000F1000FUXX:

為W78XX固定輸出電壓UO=UXX+UZ（3）提高輸出電壓的電路COW78XXCiUI+_+_UO123UXXUZRVS+_+_IO=I2+IC（4）提高輸出電流的電路COW78XXCiUI+_+_UO123RURICI2IOV+–第四節(jié)晶閘管及其應(yīng)用具有可控的單