第六章直流電源

第6章直流電源

■直流電源的組成

■單相整流電路

■單相可控整流電路■濾波電路■串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路■集成穩(wěn)壓器

■開(kāi)關(guān)電源內(nèi)容提要第一節(jié)

直流電源的組成

電源變壓器

整流電路

濾波電路

穩(wěn)壓電路

直流電源的組成框圖直流電源組成的四部分的作用電源變壓器：將電網(wǎng)提供的220V交流電壓變換到所需要的交流電壓范圍，并對(duì)直流電源與電網(wǎng)起隔離作用。整流電路：將變壓器變換后的交流電壓變?yōu)閱蜗虻拿}動(dòng)直流電壓。濾波電路：濾除直流電壓中的紋波成分。穩(wěn)壓電路：當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)及負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。第二節(jié)單相整流電路將正負(fù)交替變化的交流電壓變成單方向的脈動(dòng)電壓的過(guò)程，稱(chēng)為整流。負(fù)載上得到的電壓平均值為UL=Uo=0.45U2負(fù)載中通過(guò)的電流平均值為在選用二極管時(shí)應(yīng)使，IF>IL。工程上，通常選UR≥2，IF≥(1.5~2)IL的二極管。單相半波整流電路特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但變壓器利用率低、脈動(dòng)大。

單相半波整流電路和波形單相半波整流電路單相半波整流輸出波形輸入波形整流二極管負(fù)載單相橋式全波整流電路及波形整流橋負(fù)載輸入波形輸出波形單相橋式全波整流電路負(fù)載上直流電壓UL=0.9U2，負(fù)載中的電流。二極管的選擇原則為；。橋式整流電路特點(diǎn)：在負(fù)載得到相同的直流電壓情況下，電源利用率提高，輸出電壓波動(dòng)小。目前器件生產(chǎn)廠(chǎng)商常將整流二極管集成在一起構(gòu)成橋堆。第三節(jié)單相可控整流電路可控硅(SCR)：又名晶閘管或半導(dǎo)體閘流管，是一種大功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，也是可控整流元件。按其特性分為單向晶閘管、雙向晶閘管、可關(guān)斷晶閘管和光控晶閘管等；按電流容量分為大功率(>1000A)、中功率(100~1000A)和小功率(<100A)晶閘管；從外形分平板式、螺栓式和塑封式。單向晶閘管有三個(gè)電極，即陽(yáng)極A，陰極K，門(mén)極（控制極）G。晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：一是陽(yáng)極和陰極之間加正向電壓；二是控制極加上一定幅度的正觸發(fā)脈沖。單向晶閘管的伏安特性曲線(xiàn)曲線(xiàn)可分為四個(gè)工作區(qū)：反向擊穿區(qū)反向阻斷區(qū)正向阻斷區(qū)正向?qū)▍^(qū)通常絕大多數(shù)晶閘管應(yīng)用電路均工作于正向阻斷和正向?qū)▋蓚€(gè)區(qū)域。晶閘管的主要參數(shù)

正向阻斷峰值電壓UDRM：在額定結(jié)溫，控制極斷開(kāi)和晶閘管正向阻斷情況下允許重復(fù)加到晶閘管陽(yáng)極與陰極之間的正向峰值電壓。反向阻斷峰值電壓URRM：在控制極斷開(kāi)的情況下，允許重復(fù)加到晶閘管陽(yáng)極與陰極間的反向峰值電壓。額定正向平均電流IF：在規(guī)定的散熱條件下，晶閘管的陽(yáng)極與陰極之間允許連續(xù)通過(guò)工頻(50Hz)正弦半波電流的平均值。維持電流IH：在規(guī)定的環(huán)境溫度和門(mén)極斷開(kāi)的情況下，維持晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通所需要的最小陽(yáng)極電流。當(dāng)晶閘管的陽(yáng)極電流小于此值時(shí)，晶閘管將自行關(guān)斷。單相半波可控整流電路及波形由圖可見(jiàn)，在晶閘管承受正向電壓期間，改變控制極觸發(fā)脈沖uG加入的時(shí)刻（稱(chēng)為觸發(fā)脈沖的移相），可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)。圖中，α為控制角，指從晶閘管開(kāi)始承受正向電壓（輸入電壓正半周過(guò)零的時(shí)刻）到觸發(fā)脈沖加入時(shí)刻之間所對(duì)應(yīng)的角度，α的有效變化范圍稱(chēng)為移相范圍。而導(dǎo)通角θ是指晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)所對(duì)應(yīng)的角度。顯然α+θ=180°。單相半波可控整流電路輸出電壓的平均值為：當(dāng)控制角α=0°時(shí)，成為半波整流電路。晶閘管承受的最大正、反向電壓為?？紤]到安全系數(shù)2~3倍，工程上一般選額定電壓為（2~3）以上的晶閘管。單相半波可控整流電路的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，元件用得少，調(diào)整安裝方便，缺點(diǎn)是輸出電壓低，脈動(dòng)大。適用于小容量的可控直流電源。單相橋式可控整流電路及波形左圖為一單相橋式可控整流電路原理圖及工作波形圖。由圖可見(jiàn)，單相橋式可控整流電路的直流輸出電壓平均值為單相半波的兩倍。兩只晶閘管和兩只二極管承受的最大正、反向電壓都為單相橋式可控整流電路選擇晶閘管的額定電壓UT為：晶閘管的額定正向平均電流近似為第四節(jié)濾波電路

電容濾波電路單相橋式整流電容濾波電路如上圖所示，負(fù)載兩端并聯(lián)的電容為濾波電容，利用電容的充放電作用，使負(fù)載電壓、電流趨于平滑，且電路的放電時(shí)間常數(shù)RLC越大，放電就越慢，負(fù)載上得到的UL就越平滑。電容濾波電路適合負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。一般情況下，橋式整流可按下式來(lái)選擇C的大?。篟LC≥(3~5)T/2式中，T為輸入交流電壓的周期。電容器耐壓應(yīng)大于，通常取(2~3)。工程估算負(fù)載兩端電壓：UL=1.2U2。幾點(diǎn)說(shuō)明：

電感濾波電路電路電感濾波電路如上圖所示，負(fù)載兩端電壓UL≈0.9U2，電感濾波適用于大功率整流設(shè)備和負(fù)載電流變化大的場(chǎng)合。一般來(lái)說(shuō)，電感越大濾波效果越好，常取幾亨利到幾十亨。第五節(jié)串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路采樣電路：由分壓電阻R1、R2組成；基準(zhǔn)電壓電路：由穩(wěn)壓管V3和限流電阻R3組成；比較放大電路：由晶體管V1和R4（或集成運(yùn)放）構(gòu)成；電壓調(diào)整電路：由工作于線(xiàn)性狀態(tài)的晶體管V2構(gòu)成。穩(wěn)壓過(guò)程可表示為：Ui↑→Uo↑→UBE1↑→IB1↑→IC1↑→UC1↓→UB2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑→UO↓同理，當(dāng)Uo降低時(shí)，通過(guò)電路的反饋?zhàn)饔靡矔?huì)使Uo保持基本不變。工作原理輸出電壓為改變R1或R2的大小，就可調(diào)節(jié)輸出電壓Uo第六節(jié)集成穩(wěn)壓器

集成穩(wěn)壓器是指將直流穩(wěn)壓電路的調(diào)整管、穩(wěn)壓管、比較放大器和多種保護(hù)電路集成到一塊芯片上的單片集成穩(wěn)壓電源。它的特點(diǎn)是體積小、可靠性高、使用簡(jiǎn)單安全。三端集成穩(wěn)壓器：三個(gè)外部接線(xiàn)端子，即輸入端、輸出端和公共端。三端穩(wěn)壓器可分為固定式和可調(diào)式兩類(lèi)。固定三端穩(wěn)壓器：主要有兩個(gè)系列LM78XX系列、LM79XX系列。固定三端穩(wěn)壓器典型應(yīng)用電路圖中Ci用以減小紋波以及抵消輸入端接線(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，防止自激振蕩，并抑制高頻干擾，一般取0.1~1μF。同時(shí)Ci和Co應(yīng)緊靠集成穩(wěn)壓器安裝?？烧{(diào)三端穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路基準(zhǔn)電壓其典型值為1.25v調(diào)節(jié)電位器RP可改變R2的大小，從而調(diào)節(jié)輸出電壓Uo大小。電流典型值為IREF=50μA第七節(jié)開(kāi)關(guān)電源

開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)：效率高，調(diào)整管的功耗很小，重量輕；電網(wǎng)電壓波動(dòng)適應(yīng)能力強(qiáng)。控制電路比較復(fù)雜，輸出電壓中紋波和噪聲成分較大。開(kāi)關(guān)電源按控制的方式分類(lèi)：脈沖寬度調(diào)制型(PWM)，脈沖頻率調(diào)制型(PFM)，混合調(diào)制型，按是否使用工頻變壓器來(lái)分類(lèi)：低壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路、高壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路。按激勵(lì)的方式分類(lèi)：自激式、他激式。電路框圖圖示為串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的組成框圖，圖中包括開(kāi)關(guān)調(diào)整管、濾波電路、脈沖調(diào)制電路、比較放大器、基準(zhǔn)電壓和采樣電路等組成部分。D為占空比——即調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間ToN與開(kāi)關(guān)周期T之比。在一定的直流輸入電壓Ui之下，通過(guò)改變占空比D就可改變輸出電壓，占空比D愈大，則開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓Uo愈高。幾點(diǎn)說(shuō)明：對(duì)于脈沖調(diào)寬式開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，其輸出電壓為本章小結(jié)直流電源的組成：電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等四部分組成。單相整流電路：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐?、單相橋式全波整流?/p>