第11章直流電源

第11章直流電源11.1概述11.2

整流電路小結(jié)11.3濾波電路11.4穩(wěn)壓電路11.5三端穩(wěn)壓電路11.6開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路11.1概述濾波整流穩(wěn)壓變壓交流電源負(fù)載組成框圖OtuOtuOtuOtuOtu220V單向脈動(dòng)電壓合適的交流電壓濾波穩(wěn)壓11.2整流電路11.2.1基本概念11.2.2單相半波整流電路11.2.3單相橋式整流電路11.2.4倍壓整流電路11.2.1基本概念

整流電路的任務(wù)是利用二極管的單向?qū)щ娦园颜?、?fù)交變的電壓變成單方向脈動(dòng)的直流電壓。

整流電路有單相整流，屬于小功率整流（通常指由單相交流電源供電，功率在一千瓦以內(nèi)），其中包括半波整流、全波整流、橋式整流、倍壓整流等。另外還有三相整流（屬于大功率整流）及多相整流（屬于大功率整流）。11.2.2單相半波整流電路1、電路原理tO23u2tO23uOtO23iD=iOtO23uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–2、主要參數(shù)1）、輸出電壓平均值2）、輸出電流平均值3）、脈動(dòng)系數(shù)3、二極管極限參數(shù)選擇1）、最大整流平均電流2）、最高反向工作電壓tO23uD【例11-1】

在單向半波整流電路中，已知變壓器副邊電壓有效值=30V，負(fù)載電阻=100，試問(wèn):1、負(fù)載電阻上的電壓平均值和電流平均值各為多少?2、電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍是±10%，二極管承受的最大反向電壓和流過(guò)的最大電流平均值各為多少?解：1、負(fù)載電阻上電壓平均值≈0.45=0.45×30V=13.5V流過(guò)負(fù)載電阻的電流平均值2、二極管承受的最大反向電壓二極管流過(guò)的最大平均電流V3RLV4V2V1u1u2ioRLV4V3V2V1+uou2u1、單相橋式整流電路輸入正半周1.工作原理輸入負(fù)半周+uo動(dòng)畫(huà)演示

波形tOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiD=iO2.參數(shù)估算1)

整流輸出電壓平均值totototo2323Im2233uOu2uDiD=iO2)

整流輸出電流平均值3)

脈動(dòng)系數(shù)1）最大整流平均電流2)

最高反向工作電壓3.二極管極限參數(shù)選擇totototo2323Im2233uOu2uDiD=iO4.簡(jiǎn)化畫(huà)法+uoRLio~+u25.整流橋把四只二極管封裝在一起稱為整流橋~~【例11-3】

某電子裝置要求電壓值為15V的直流電源，已知負(fù)載電阻等于100，試問(wèn)：1、如果選用單相橋式整流電路，則變壓器副邊電壓應(yīng)為多大？整流二極管的正向平均電流最大反向峰值電壓等于多少？輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S等于多少？2、如果改用單相半波整流電路，則，，和S各是多少？解：1、由電路條件可知：根據(jù)給定條件，可得輸出直流電流為：由公式可得

此時(shí)脈動(dòng)系數(shù)為：2、如改用單相半波整流電路，則

利用橋式整流電路實(shí)現(xiàn)正、負(fù)電源

三相整流電路及其波形

、倍壓整流電路1．二倍壓整流電路2．多倍壓整流電路11.3濾波電路11.3.1電容濾波11.3.2其他濾波電路io+

uo=ucRLV1V4V3V2+u11.3.1電容濾波電路1.電路和工作原理Cio+

uo=ucRLV1V4V3V2+uV導(dǎo)通時(shí)給C充電，V截止時(shí)C向RL

放電；濾波后

uo

的波形變得平緩，平均值提高。電容充電電容放電C2.波形及主要參數(shù)當(dāng)RL=時(shí)：OtuO2當(dāng)RL

為有限值時(shí)：通常取RC越大UO

越大RL=為獲得良好濾波效果，一般?。?T

為輸入交流電壓的周期)UO=1.2U2（1）輸出電壓平均值

（2）整流二極管的導(dǎo)通角加濾波電容后，只有當(dāng)電容充電時(shí)，二極管才導(dǎo)通，因此，每只二極管的導(dǎo)通角都小于180o。而且，RC的值愈大，濾波效果愈好，導(dǎo)通角將愈小。二極管的導(dǎo)通角θ<π，流過(guò)二極管的瞬時(shí)電流大，故常串入一個(gè)限流電阻(1/25)RL。（3）脈動(dòng)系數(shù)

（4）電容濾波電路的輸出特性和濾波特性(a)輸出特性

（b）濾波特性

【例11-5】

一個(gè)全波整流、電容濾波電路中U2=10V，C=1000uF，當(dāng)RL=20歐時(shí)，試求UO(AV)和S的值，設(shè)整流管的壓降和整流內(nèi)阻可忽略。解：【例11-6】

在圖11-10（a）所示電路中，要求輸出電壓平均值負(fù)載電流平均值。試問(wèn)：

(1)濾波電容的大??；

(2)考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為±10﹪，濾波電容的耐壓值。解：(1)根據(jù)可知，C的取值滿足的條件。

電容的容量為(2)變壓器副邊電壓有效值為電容的耐壓值為實(shí)際可選取容量為300uF、耐壓為25V的電容作本電路的濾波電容。

[例11-7]

單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=40，要求直流輸出電壓

UO=20V，選擇整流二極管及濾波電容。[解]1.選二極管電流平均值：承受最高反壓：選二極管應(yīng)滿足：IF(23)

ID可選：2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或

1A、100V

整流橋2.選濾波電容可選：

1000F，耐壓50V的電解電容。11.3.2其他濾波器電路1.電感濾波電路2.型濾波電路3.RC有源濾波電路

4.LC濾波器5.LC-П型濾波電路11.4穩(wěn)壓電路11.4.1穩(wěn)壓電路的性能參數(shù)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路11.4.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路11.4.1穩(wěn)壓電路的性能參數(shù)1.穩(wěn)壓系數(shù)2.輸出電阻3.電壓調(diào)整率

4.電流調(diào)整率

5.溫度系數(shù)

6.紋波電壓及紋波抑制比

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成及原理2.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)(1)穩(wěn)壓系數(shù)(2)內(nèi)阻（）3．電路參數(shù)的選擇（1）穩(wěn)壓電路輸入電壓的選擇UI=(2~3)UO（2）穩(wěn)壓管的選擇（3）限流電阻及其選擇

取中間值解：（1）由已知條件知可得

可取電阻R=200Ω（2）再由給定條件可求得則輸出電阻為估算穩(wěn)壓系數(shù)時(shí)，取，則11.4.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本構(gòu)成2.工作原理穩(wěn)壓的實(shí)質(zhì)：

UCE

的自動(dòng)調(diào)節(jié)使輸出電壓恒定3.輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍當(dāng)電位器R2的滑動(dòng)端在最上端時(shí)當(dāng)電位器R2的滑動(dòng)端在最下端時(shí)4.調(diào)整管的選擇(1)集電極最大允許電流ICM

(2)集電極與發(fā)射極之間的最大允許反向電壓U(BR)CEO

(3)集電極最大允許耗散功率PCM【例11-8】在圖11-24所示電路中，要求輸出電壓UO=10~15V,負(fù)載電流IL=0~100mA。已選定基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)壓管參數(shù)為UZ=7V，IZ=5~33mA。（1）假設(shè)采樣電阻的阻值選定為2KΩ，則R1，R2，R3三個(gè)電阻分別為多大？（2）估算電源變壓器副邊電壓的有效值U2.

（3）估算基準(zhǔn)穩(wěn)壓管的限流電阻R的阻值。（4）給出選擇調(diào)整管的參數(shù)。解：（1）由公式可知

取由于取(電位器)。?。?）穩(wěn)壓電路的直流輸入電壓應(yīng)為取,則變壓器副邊電壓的有效值為（3）基準(zhǔn)穩(wěn)壓管的限流電流應(yīng)為故取(4)調(diào)整管的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)為

5.保護(hù)電路（1）過(guò)流保護(hù)電路（a）電路圖

（b）外特性

截流型保護(hù)電路

限流型保護(hù)電路

（2）調(diào)整管的安全工作區(qū)保護(hù)電路（3）芯片過(guò)熱保護(hù)電路

11.5三端穩(wěn)壓電路11.5.2可調(diào)式三端穩(wěn)壓器11.5.1固定式三端穩(wěn)壓器CW7800系列(正電源)CW7900系列(負(fù)電源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V一、78、79系列的型號(hào)命名輸出電流78L××/79L××—輸出電流100mA78M××/9M××—輸出電流500mA78××/79××—輸出電流1.5A輸出電壓11.5.1固定式三端穩(wěn)壓器例如：CW7805輸出5V，最大電流1.5ACW78M05輸出5V，最大電流0.5ACW78L05輸出5V，最大電流0.1A封裝CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND符號(hào)CW7800++213CW790013_2_塑料封裝金屬封裝二、CW7805的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)+UI取樣電路調(diào)整電路保護(hù)電路基準(zhǔn)電壓比較放大啟動(dòng)電路+UOW7805集成穩(wěn)壓器電路原理圖

（1）基本應(yīng)用電路Uo=12VW7812123C2++UiC1C30.33F0.1F100FRL防止輸入端短路時(shí)C3反向放電損壞穩(wěn)壓器抵消輸入長(zhǎng)接線的電感效應(yīng)，防止自激改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除高頻噪聲（2）輸出正、負(fù)電壓的電路~24V~24V~220VW7815W79151323211000F220F0.33F0.33F0.1F+15V15V++++1000F0.1F220F（3）提高輸出電壓電路W78132CiC2+UO+UI+UR1R2IQI1I2靜態(tài)電流58mA要求輸出電壓UO>U

（4）輸出電壓可調(diào)穩(wěn)壓電路W78C1C2+UI+U+UOR1R2R3R48(虛短)可產(chǎn)生小于U

的輸出電壓UO（5）恒流源電路12+UI=10VW78053+UORRLIQIO0.1F0.33F10一、典型產(chǎn)品型號(hào)命名CW117/217/317系列(正電源)CW137/237/337系列(負(fù)電源)工作溫度CW117(137)—-55150CCW217(237)—-25150CCW317(337)—

0

125C11.5.2可調(diào)式三端穩(wěn)壓器基準(zhǔn)電壓1.25V輸出電流L型—輸出電流100mAM型—輸出電流500mA二、CW117內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整電路基準(zhǔn)電路誤差放大啟動(dòng)電路偏置電路保護(hù)電路IREFUIUOADJ123外形引腳CW117123UIUOADJCW137123UIUOADJ50A基本應(yīng)用電路Uo

CW317123C2++UiC1C30.1F10F33FR1R2C4IOIQIIREF0.1FV1V2V1

防止輸入端短路時(shí)C4

反向放電損壞穩(wěn)壓器V2

防止輸出端短路時(shí)C2

通過(guò)調(diào)整端放電損壞穩(wěn)壓器UREF=1.25V使UREF

很穩(wěn)定120IREF

50A2.2kR1=

UREF/

IQ=125靜態(tài)電流IQ(約10mA)從輸出端流出，

RL

開(kāi)路時(shí)流過(guò)R1R2=

02.2k時(shí)，UO=

1.2524V030V連續(xù)可調(diào)電路Uo

CW317123++UiC10.33

F10FR1R2C31

FVC2R3+3

k120

680+32

V–10

VAUA=–1.25V當(dāng)R2=0時(shí)，UO=0V11.6開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路

引言11.6.1串聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路11.6.2并聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路引言線性穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)：調(diào)整管管耗大電源效率低(40%60%)改進(jìn)思路：使調(diào)整管截止(電流小)

飽和(管壓降小)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的優(yōu)點(diǎn)：效率高(80%90%)體積小、重量輕穩(wěn)壓范圍寬開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)：電路復(fù)雜對(duì)電網(wǎng)要求不高對(duì)電子設(shè)備干擾較大輸出電壓含較大紋波調(diào)整管取樣電路開(kāi)關(guān)調(diào)整管控制組成框圖濾波+UI+UoRLV18A8C基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO頻率固定的三角波誤差放大續(xù)流11.6.1串聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路工作波形OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脈寬調(diào)制式(PWM)+UIV1LuEIO+UoRL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL=DUI—占空比+UI+UoRLV18A8C基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO穩(wěn)壓原理UIUOuFuA占空比UOD=50%當(dāng)uF=UREF，uA=0，UO

為預(yù)定標(biāo)稱值+UI+UoRLV1R1R2LC+UREFuFuB控制電路V2+UI+UoRLV1LC+uBV2+UI+UoRLV1LC+uBV2iL高電平iO低電平uBtofftonT

截止截止iL11.6.2并聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路單片脈寬調(diào)制式(外接開(kāi)關(guān)功率管)補(bǔ)充資料集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器及其應(yīng)用類型單片集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器CW1524CW4960/4962一、CW1524/2524/3524(區(qū)別在于溫度范圍)組成：基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器、振蕩器、觸發(fā)器、2只輸出功率管、過(guò)熱保護(hù)最大輸入電壓：40V最高工作頻率：100kHz每路輸出電流：100mA內(nèi)部基準(zhǔn)電壓：5V(承受50mA電流)取樣電壓基準(zhǔn)電壓輸出方波定時(shí)電容定時(shí)電阻關(guān)閉,控制脈寬接擴(kuò)流晶體管C、E極輸入電壓振蕩/同步12345678161514131211109–IN+INUINUREF(+5V)EBCBCAEARTCTGND–限流+限流斷路補(bǔ)償CW1524系列引腳排列防止寄生振蕩外接復(fù)合管擴(kuò)流產(chǎn)生振蕩12345678161514131211109。。+–+–R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4V3V2V15k3k5k5k5k2k50k180680.1UIUOR00.1F0.02F0.01F500F(28

V)CW1524L0.9mHf0=1.15/R5C2=19.2kHz+5V2.5

V2.5

V+5V限流取樣電阻(1

A)二、CW4960/4962組成：基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器開(kāi)關(guān)功率管(內(nèi)接)、軟啟動(dòng)電路、過(guò)流限制、過(guò)熱保護(hù)功能：慢起動(dòng)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)占空比可調(diào)(0

100%)最大輸入電壓：50

V輸出電壓：5.1