《{电子公司企业管理}电工电子技术课程讲义第06章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《{电子公司企业管理}电工电子技术课程讲义第06章（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 6 章,直流稳压电源,教学基本要求,了解直流稳压电源的基本组成及工作原理。 了解组成直流稳压电源的整流电路、滤波电路及稳压电路的工作原理 了解稳压管稳压电路的工作原理及特点 了解串联型稳压电源的组成、工作原理与特点 了解线性集成稳压电源的工作原理 一般了解开关型稳压电源的工作原理与特点 本章讲授： 3学时 自学12学时,主要内容,直流稳压电源的组成 整流滤波电路 稳压电路与稳压电源 本章小结,直流稳压电源的组成,组成框图与各部分的作用,直流稳压电源的组成,半导体直流电源的原理方框图,交流电源,负载,变压,整流,滤波,稳压,整流电路,单相半波整流电路,u2 0 时，二极管导通。,uo=u2,
2、iL=0,u20时，二极管截止。,uo=0,iL,整流电路,参数计算,(4) 输出电压平均值:,(1) 输出电压波形：,iL,(3) 最高电压：,(2) 平均电流:,ID = IL,uo,u1,U0,整流电路,例1：有一单相整流电路,负载电阻为 750,变压器副边电压为20V，试求Uo，Io及UDRM,并选用二极管。,解,查二极管参数，选用2AP4(16mA,50V)。为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。,整流电路,单相全波整流电路,(4) uo平均值：,Uo=0.9U2,(1) 输出电压波形：,(3) 二极管上承受的最高电压,(2) 二极管上的平均电流：,u1,uo,整流电路,单相
3、桥式整流电路,整流电路,单相桥式整流电路,u2正半周时电流通路,整流电路,单相桥式整流电路,u2负半周时电流通路,整流电路,单相桥式整流电路,u2,uD4,uD2,uD3,uD1,uo,u20 时,D1,D3导通 D2,D4截止 A D1 RLD3B,u20 时,D2,D4导通 D1,D3截止 B D2 RLD4A,输出是脉动的直流电压！,Uo,整流电路,单相桥式整流电路,T,(2) 二极管上承受的最高反向电压,(1)二极管上的平均电流,(3) uo平均值：,iL,iL,iD,整流电路,1.整流输出电压平均值（Uo）,负载上的(平均)电流IL:,S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1m与平均值U
4、o之比,2. 脉动系数,整流电路,3.整流二极管的平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM),整流电路常见的几种整流电路,整流电路,几种常见的硅整流桥外形：,电容滤波电路,滤波原理,1. RL未接入时(忽略整流电路内阻),电容滤波电路,RL未接入时(忽略整流电路内阻),整流电路为电容充电,充电结束,没有电容时的输出波形,电容滤波电路,RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻),电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。,电容滤波电路,只有整流电路输出电压大于uo时，才有充电电流iD 。因此整流电路的输出电流是脉冲波。,整流电路的输出
5、电流iD,电容滤波电路,电容滤波电路的特点,(2) 流过二极管瞬时电流很大。,RLC 越大 Uo越高 负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短iD的峰值电流越大,故一般选管时，取,(1) 输出电压Uo与放电时间常数 RLC 有关。,RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大,电容滤波电路,电容滤波电路的特点,输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变, Uo 和S 也随之改变。,如: RL 愈小( IL 越大), Uo下降多, S 增大。,结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。,(3) 输出特性(外特性),电容滤波电路,例：单相桥式整流滤波电路，
6、交流电源频率 f=50Hz，RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。,解：1. 选择整流二极管,可选用二极管2CP11,IOM =100mA UDRM =50V,电容滤波电路,2. 选择滤波电容器,取 RLC = 5 T/2,已知RL = 50,可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器,电感滤波电路,电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。,电感滤波电路,滤波原理,对直流分量:XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上。 对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大部分降在XL上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。,Uo=
7、0.9U2,当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：,电感滤波电路,电感滤波的特点,整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。,其他形式的滤波电路,改善滤波特性的方法：采取多级滤波。,L-C 型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。,RC 型滤波电路：在电容滤波后再接一级RC滤波电路。,性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。,LC 型滤波电路：在电容滤波后面再接L-C 型滤波电路。,其他形式的滤波电路,电感电容滤波器(LC滤波器),电感电容滤波电路,由于电感线圈对整流电流的交流分量具有阻抗，L比
8、RL大得愈多则滤波效果就愈好。,一般需要线圈的电感量较大，但其直流电阻也较大，因而会造成输出电压的下降。,LC滤波器适于电流较大、输出电压脉动很小的场合，更适合与高频滤波,其他形式的滤波电路,形滤波器,形LC滤波电路,如果需要输出电压的脉动更小，可以再加一个滤波电容。形LC滤波器的效果跟好，但整流二极管的冲击电流较大。,由于线圈体大且重，有些情况可用电阻代替电感线圈以构成 形RC滤波器。R愈大滤波效果愈好，但将使输出电压下降，所以适用于负载电流较小、电压脉动很小的场合。,形RC滤波电路,稳压电路与稳压电源,分类,稳压管,稳压电路,开关型,稳压电路,线性,稳压电路,常用稳压电路,(小功率设备),
9、以下主要讨论线性稳压电路。,电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。,效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。,稳压管及其稳压电路,稳压管,稳压管及其稳压电路,1、稳压二极管的电路符号,2、稳压二极管的特性,UZ,1）PN结易于击穿（击穿电压比普通二极管低很多）。 2）PN结面积大，散热条件好，使反向击穿是可逆的。,特点,稳压管及其稳压电路,稳压二极管的主要参数,UZ,IZ,IZM,UZ,IZ,1）稳定电压UZ,2）稳定电流 IZ （保证稳压管稳压性能的最小工作电流）。,3）最大稳定电流 IZM,4）最大允许耗散功率PZM,5）动态电阻,6）电压温度系
10、数U,稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。,动态电阻越小稳压管稳压效果越好,稳压管受温度变化的影响系数。,稳压管及其稳压电路,稳压电路构成,1）电源电压波动,2）负载变化,稳压管及其稳压电路,工作过程与参数选取,整流滤波输出电压被分成两部分：一部分是负载得到的直流输出电压U0，另一部分则是降在调整元件上的电压UR，,电路工作时，稳压管处于反向击穿状态，电阻R中流过的电流一部分流入稳压二极管形成稳压管电流Iz，另一部分则提供给负载电阻RL，,如果电阻R取值太小，则稳压管中的电流将可能太大而损坏器件，所以，该电阻又称为限流电阻。,输出电压的数值直接由稳压管的参数确定(Uz)。构造电路时要根据需要选择
11、稳压管。,稳压管及其稳压电路,工作过程与参数选取,R 承受的最大可能电压,R 承受的最小可能电压,R 允许流过的最大电流,R 必须流过的最小电流,如果负载电流的变化范围为ILm ILM，电源电压波动使滤波输出电压 Ui的变化范围为Ui min Ui max,稳压管及其稳压电路,例题分析,例：电路如图，已知Ui=30V，稳压管DZ(2CW18)的稳定电压UZ=10V，最小稳定电流IZmin=5mA，最大稳定电流IZmax= 20mA，负载电阻RL=2k。求当Ui变化10%时，电阻R的取值范围？,输出电压,负载电流,整流滤波输出电压,稳压管及其稳压电路,存在的问题 稳压管稳压电路虽然简单，但存在以
12、下问题 稳压值只能由稳压管的型号决定，不能调节； 输出电流受IZM的限制，调节范围和数值都较小； 输出电阻RO比较大，输出电压的稳定性较差。 稳压管稳压电路只能用在输出直流电压固定且负载电流不大的场合。在电子系统中，应用较为广泛的是串联型稳压器和开关型稳压器。,串联反馈式稳压电路,电路结构的一般形式,负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大（1+）倍。,Uo=UZ -UBE 。但带负载的能力比稳压管强。,1.串联式直流稳压电路的基本形式,串联反馈式稳压电路,电路结构的一般形式,1.串联式直流稳压电路的基本形式,两个主要缺点：,(1)稳压效果不好。,Uo=UZ UBE,(2)输出电压不可
13、调。,改进的方法：,在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,变 压,整 流,滤 波,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,采样环节,采样环节： R1、R2及Rp组成，将输出电压的一部分送到放大环节。,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,采样环节,放大环节,放大环节： 由晶体管T2构成的直流放大电路,其输入电压是采样电压与基准电压之差,放大后控制调整管.,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,基准电压,采样环节,放大环节,基准电压： 由稳压管DZ和R3构成，稳压管两端的直流电压UZ是稳定性较
14、高的直流电压。作为调整和比较的标准。,串联反馈式稳压电路,2.具有放大环节的串联型稳压电路,调整环节,基准电压,采样环节,放大环节,调整环节： 由工作于放大状态的功率管T1构成.其基极电流受放大环节控制,并由射极输出直流电压。,串联反馈式稳压电路,串联型稳压电源自动调节电压过程：,Uo UBE2 IB2 IC2 UCE2 ,Uo UCE1 IC1 IB1 UBE1 ,串联型稳压电源属于,串联电压负反馈电路,串联反馈式稳压电路,输出电压的确定和调节范围,串联反馈式稳压电路,影响稳压特性的主要因素,2.流过稳压管的电压随 UI 波动，使UZ 不稳定，降低了稳压精度。,1.电路对电网电压的波动抑制能
15、力较差。例：UIVC2 Uo ,3.温度变化时，T2组成的放大电路产生零点漂移，使 输出电压的稳定度变差。,串联反馈式稳压电路,改进措施,在运放理想条件下:,1.选用差动放大器或运放构成的放大器代替T2管构成的放大器，可以解决零点漂移的问题。,线性集成稳压电源,简单的集成稳压电源,线性集成稳压电源,单片集成稳压电源,目前最普遍应用的单片稳压电源是W7800系列和W7900系列。只有三个引出端：输入端1、输出端 2 和公共端 3 (俗称三端集成稳压器)。,外形图和主要参数,线性集成稳压电源,1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端,W7800系列稳压器外形,1端: 公共端 2端: 输入端
16、3端: 输出端,W7900系列稳压器外形,线性集成稳压电源,注：型号后XX两位数字代表输出电压值,输出电压额定电压值有:,5V、9V、12V 、18V、 24V等 。,三端集成 稳压器,线性集成稳压电源,应用电路,输出为固定电压的电路固定正压时的接法如图,注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！,线性集成稳压电源,应用电路,输出为固定电压的电路固定负压时的接法如图,线性集成稳压电源,应用电路,输出为固定电压的电路正负同时输出的接法如图,串联开关型稳压电源,串联型稳压器的调整管必须工作在线性放大区，调整管功耗大，稳压电源的效率一般低于50。且需加装体积较大的散热板。 开关型稳压器的调整管一般以10kHz100kHz的频率反复翻转于饱和区和截止区的开关工作状态，功耗很低，电源效率可以提高到8090。开关型稳压器体积小、重量轻，对电网电压的波动要求低。 由于开关型稳压器的调整管工作于开关状态，输出的脉动较大，会产生
