chapter18直流穩(wěn)壓電源課件

第18章直流穩(wěn)壓電源18.2濾波器18.3直流穩(wěn)壓電源18.1整流電路第18章直流穩(wěn)壓電源18.2濾波器18.3直在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，主要采用交流電，但在某些場(chǎng)合，例如電解、電鍍、蓄電池充電等，都要用直流電源供電。為了得到直流電，除用直流發(fā)電機(jī)外，目前廣泛采用各種半導(dǎo)體直流電源。直流電源通常利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娮饔?，將市?20V50Hz的交流電變?yōu)閱畏较蛄鲃?dòng)的脈動(dòng)電壓，再經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，輸出較為穩(wěn)定的直流電壓。本章主要討論小功率直流電源常用的整流電路，濾波電路的工作原理。第18章直流穩(wěn)壓電源在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，主要采用交流電，但在某些場(chǎng)合，例半導(dǎo)體直流電源的原理整流變壓器：將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。整流電路：將交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓。濾波器：減小整流電壓的脈動(dòng)程度。穩(wěn)壓環(huán)節(jié)：在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)時(shí)，使直流輸出電壓穩(wěn)定。u4uou3u2u1交流電源負(fù)載變壓整流濾波穩(wěn)壓半導(dǎo)體直流電源的原理整流變壓器：將交流電源電壓變換為符合整流18.1整流電路整流電路的作用:

將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電壓。

常見的整流電路：

半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。分析時(shí)可把二極管當(dāng)作理想元件處理：

二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。整流原理：

利用二極管的單向?qū)щ娦?8.1整流電路整流電路的作用:常見的整流電路：分析uDO18.1.1單相半波整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D導(dǎo)通；3.工作波形

u負(fù)半周，Va<Vb，二極管D截止。1.電路結(jié)構(gòu)–++–aTrDuoubRLiou

tOuoOuDO18.1.1單相半波整流電路2.工作原理4.參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)每管承受的最高反向電壓URM5.整流二極管的選擇平均電流ID與最高反向電壓UDRM是選擇整流二極管的主要依據(jù)。選管時(shí)應(yīng)滿足：

IOM

ID，URWM

URM

4.參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流例：有一單向半波整流電路，如圖所示：已知負(fù)載電阻,變壓器的二次側(cè)電

壓，試求U0、I0及URM，并選用二極管。–++–aTrDuoubRLio例：有一單向半波整流電路，如圖所示：已知負(fù)載電阻18.1.2單相橋式整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。3.工作波形1.電路結(jié)構(gòu)

－uotRLuiouo1234ab+–+–

－u18.1.2單相橋式整流電路2.工作原理u18.1.2單相橋式整流電路RLuiouo1234ab+–+–uotuu

負(fù)半周，Vb>Va，二極管D2、D4

導(dǎo)通，D1、D3

截止。

－18.1.2單相橋式整流電路RLuiouo1234ab+3.參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值IoLLRURUI9.0oo==(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓URM2*0.45U=0.9U=oD0.5II==0.45LRU3.參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流例18.1.2例18.1.2試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開時(shí)負(fù)載電壓的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLD2D4D1D3解：當(dāng)D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時(shí)，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流過，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時(shí)，D1和D3截止，負(fù)載中無電流通過，負(fù)載兩端無電壓，uo=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2或D4斷開

如果D2或D4接反則正半周時(shí)，二極管D1、D4或D2、D3導(dǎo)通，電流經(jīng)D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D3如果D2或D4接反uo+_~u+_RLD2D4D1D小功率直流穩(wěn)壓電源的組成u4uou3u2u1交流電源負(fù)載變壓整流濾波穩(wěn)壓小功率直流穩(wěn)壓電源的組成u4uou3u2u1交流電源負(fù)載變壓18.2濾波器

濾波原理：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)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。

18.2濾波器濾波原理：濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容

18.2.1電容濾波器

1.電路結(jié)構(gòu)2.工作原理

u>uC時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時(shí)也給電容充電，uC

增加。

u<uC時(shí)，二極管截止，電容通過負(fù)載RL

放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降。+Cici–++–aDuoubRLio=uC

3.工作波形二極管承受的最高反向電壓為。uoutOtO18.2.1電容濾波器

1.電路結(jié)構(gòu)2.4.電容濾波電路的特點(diǎn)(T—電源電壓的周期)(1)輸出電壓的脈動(dòng)程度與平均值Uo與電容器的放電時(shí)間常數(shù)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。近似估算?。?/p>

Uo

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U（半波）為了得到比較平直的輸出電壓4.電容濾波電路的特點(diǎn)(T—電源電壓的周期)(1)(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(shí)，輸出電壓受負(fù)載變化影響較大，即帶負(fù)載能力較差。因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場(chǎng)合。(3)流過二極管的瞬時(shí)電流很大

RLC

越大

ＵO

越高，IO

越大

整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短

iD

的峰值電流越大。iDtuotOO(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無電容濾波0.例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)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。流過二極管的電流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：1.選擇整流二極管可選用二極管2CZ52BIOM=100mAUDRM=50V

例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)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=5

T/2已知RL=200

uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250

F，耐壓為50V的極性電容器例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50H18.2.2電感電容濾波器1.電路結(jié)構(gòu)L

uRLuo++––~+C2.濾波原理對(duì)直流分量:XL=0，L相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對(duì)交流分量:f越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負(fù)載上得到比較平滑的直流電壓。當(dāng)流過電感的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生自感電勢(shì)阻礙電流的變化,使負(fù)載電流和電壓的脈動(dòng)減小。

LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合，用于高頻時(shí)更為合適。18.2.2電感電容濾波器1.電路結(jié)構(gòu)LuRLu18.2.3形濾波器形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。

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，主要適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合。18.2.3形濾波器形LC濾波器濾波小功率直流穩(wěn)壓電源的組成u4uou3u2u1交流電源負(fù)載變壓整流濾波穩(wěn)壓經(jīng)整流和濾波后的電壓往往會(huì)隨交流電源的波動(dòng)和負(fù)載的變化而變化。電壓的不穩(wěn)定有時(shí)會(huì)產(chǎn)生測(cè)量和計(jì)算的誤差，引起控制裝置工作不穩(wěn)定。特別是精密電子測(cè)量儀器、自動(dòng)控制等都要求有很穩(wěn)定的直流電源電壓供電。小功率直流穩(wěn)壓電源的組成u4uou3u2u1交流電源負(fù)載變壓18.3直流穩(wěn)壓電源18.3直流穩(wěn)壓電源18.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUI

UZ

設(shè)負(fù)載RL一定，UI變化UO

基本不變IRR

IZ

IR

1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz18.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO=UZ18.3.1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(fù)載RL變化UO

基本不變IR

(IRR)基本不變

UO

(UZ

)

IZ

1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路18.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO=UZ3.參數(shù)的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~5)I0M(3)UI

=(2~3)UO例:有一二極管穩(wěn)壓電路，如圖所示，負(fù)載電阻RL由開路變到3千歐，交流電壓經(jīng)整流濾波后得出UI

=30。今要求輸出直流電壓UO=12V,試選擇穩(wěn)壓二極管。+–UIRL+CUO+–+–uRDZIz3.參數(shù)的選擇(1)UZ=UO例:有一二極管穩(wěn)壓電18.3.2恒壓源

由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運(yùn)算放大器可組成恒壓源。UoRFR2R1+–++

–

RL+–UZRDZ+UUORFR2R1++

–

+–RLRDZ+–UZ+U反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源改變RF即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓。18.3.2恒壓源由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運(yùn)算放大UiTR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R11.電路結(jié)構(gòu)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)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(zhǔn)電壓取樣電路18.3.3

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–U當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓UO

升高時(shí)，有如下穩(wěn)壓過程：穩(wěn)壓過程由電路圖可知UO

Uf

UB

UO

IC

UCE

由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。UITR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R1當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓UO升高3.輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍

輸出電壓UiTR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R13.輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍輸出電壓UiTR2UZRLUO18.3.4

集成穩(wěn)壓電源單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(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(fù)電壓79XX（1.25~37V連續(xù)可調(diào)）18.3.4集成穩(wěn)壓電源單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可2.外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形輸出正電壓1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形輸出負(fù)電壓1—公共端3—輸入端2—輸出端79xx2.外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形1—輸入端3—集成穩(wěn)壓電源實(shí)物圖集成穩(wěn)壓電源實(shí)物圖3.性能特點(diǎn)（7800、7900系列）不需要外接元件內(nèi)部有過熱保護(hù)內(nèi)部有過流保護(hù)調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù)輸出電壓額定值有:

5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。3.性能特點(diǎn)（7800、7900系列）不需要外接元件輸出電輸出為固定正電壓時(shí)的接法如圖所示。(1)

輸出為固定電壓的電路4.三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用COW7805CiUi+_+_UO123

0.1~1F1F為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)，不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)。即用來改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。用來抵消輸入端接線較長時(shí)的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。即用以改善波形。輸出為固定正電壓時(shí)的接法如圖所示。(1)輸出為固定電壓的集成穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路u2u