直流稳压电源

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1、直流稳压电源1本章基本要求n掌握直流稳压电源的电路组成和工作原 理(包括单相半波整流、滤波、串联反 馈式稳压电路)；n熟悉集成稳压器及其应用；n了解开关式直流稳压电路及其工作原理 等。 29.1 概 述稳定电源的分 类稳 定 电 源交流稳 定电源直流稳 定电源交流稳压电源化学稳压源直流稳压电源直流稳流电源交流稳流电源线性稳压源 开关型稳压源直流电源简介3直流电源的发展趋势n当今电源产业中占主导地位的产品有各种线性稳压电源、 通信用的AC/DC开关电源、AC/DC开关电源、DC/DC开关 电源、UPS、交流变频调速电源、正弦波逆变电源、大功 率高频高压直流稳压电源、中频感应加热电源、电力操作 电

2、源、绿色照明电源、高效可靠低污染的光伏逆变电源、 风光互补型电源等等。n发展趋势：高效率、低损耗、智能化、数字化、小 型轻量化、安全可靠、无电力公害、电磁干扰小等 。 49.2 直流稳压电源的电路组成及工作原理9.2.1 直流稳压电源的组成 12V市电 220V59.2.2 单相整流电路9.2.2.1 单相半波整流电路 整流二极管电源变压器负载6单相电源变压器9.2.2.1 单相半波整流电 路7假设变压器二次侧的电压为 当二极管的阳极电位高于阴极电位时才导通。 由二极管的单向导电性分析的前提 a. 理想的变压器 b. 理想的二极管如果将二极管反接，输出电压有何变化？8负载负载 上得到的是单向脉

3、动电压电压 ，其大小仍然在不断 变化，其平均值为 (9-1) 流过过负载电负载电 阻电电流的平均值值为为 (9-2) 单向半波整流电路中，二极管截止时所承受的最高反向电压 就是 (9-3) 99.2.2.2 单相全波整流 电路10由图可知二极管所承受 的最大反向电压二极管承受 的反向电压11全波整流电路参数由图可知，全波整流电路的输出电压得平均值为其流过负载的平均电流为由此可以看出，全波整流的输出电压的平均值为 半波整流的2倍。全波整流的输出电压的 平均值为半波整流的2倍129.2.2.3 单相桥式整流电路 1单相桥式整流电路 1) 电路组成 常用的单相桥式整流电路如图9-3a 所示。 13桥

4、式整流硅堆：将四个二极管按桥式整流电路的方式 连接好封装在一起，只留四个引脚。市面上有售的如 QL62A，其额定电流为2A，最大反向电压为25V 1000V。桥式整流电路还有其它多种画法142) 工作原理分析的前提性能理想的二极管D1D4(a)(b) 理想变压器u2t022Uu2 正半周 时15电压u2为正半周时 D1、D3导通， D2、 D4截止二极管D1、D3电流二极管D1、D3承受 的反向电压u2t022Ut0iD1iD3,L2/2RUt0uD1uD3,22U详细分析16u2负半周时u2t022U17二极管D2、D4电流二极管D2、D4承 受的反向电压电压u2为负半周时 D1、D3截止，

5、 D2、 D4导通u2t022Ut0uD2uD4,22Ut0iD2iD4,L2/2RU18工作原理小结u2 为正半周：D1D2D3D4 RLuou2u1IoabaD1RLD3b D2 D4 截止tuou2 为负半周：bD2RLD4a D1 D3 截止19输入电压整流电路输出电压输出电流u2t022Uuot022UL2/2RUt0io输出电流 的平均值如果考虑二极管非线性，输出电压有何变化？202桥式整流电路的性能分析 （1）输输出电压电压一个周期内的平均值值直流电流为 （2）脉动系数S 最低次谐谐波幅值值与输输出电压电压 平均值值之比定义为义为 脉动动系数（3）流过二极管的正向平均电流 = =

6、 uot0其输出电压波 形与单相全波整 流相同21（4）二极管承受的最大反向电压电压二极管在截止时管子承受的最大反向电压 (9-8) （5）输输出电压纹电压纹 波因数 Uor 输出电压中各次谐波电压有效值的总和Uo 输出电压的平均值对于桥式整流电路22例 题例8-1 如图9-3a所示单相桥式整流电路，电网交流电压220V，负 载RL=50，要求输出 Uo=100V，试求变压器的变比，并选择整流 二极管。 解： 本题的思路是 根据选择 2CZ12D（3A，300V）二极管4只或 选择 2CZ12E（3A，400V）二极管4只据此选择二极管23问题? 在下面三种情况下 ，电路的工作情况如何？2.

7、若D3 管反接3. 若D3 管短路1. 若D3 管开路解：1. 正半周不通，2. 3. 负半周正常。结果？烧坏变压器， U0=0负半周变压器被短路。烧坏变压器， U0=0结果？负半周变压器被短路。为半波整流，结果？24滤波电路的作用是滤除整流电压中的高频分量。 常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、复式滤波及 有源滤波等。 整流输出尽管已经成为直流电压，但脉动太大，输出中 的高频分量较多。全波和桥式整流输出电压可表示为：9.3 滤波电 路259.3.1电容滤 波 滤波电路的作用是滤除整流电压中的纹波。常用的滤波电 路有电容滤波、电感滤波、复式滤波及有源滤波。 滤波电容uot0261.滤波原理(1

8、) 当C = 0 ， 外接RL时当C = 0 (无滤波电容)时输入电压输出电压波形234u2t022Uuo0234t22U输出电压输出电压平均值27(2) 当C0、RL=时输出电压波形输入电压234u2t022Uuo0234t22U电容器的充电时间常数为问题：问题：L L即空载，此时即空载，此时U UOO= =？28输出电压输入电压234u2t022U0234tuouC,22U二极管导通时电容器充电，充电时间常数uo =uc u2(3) 当C0、RL 时29当C充电到最高点时C将通过RL开始放电。二极管D1、D3将截止，输入电压234u2t022UC充电到最高点0234tuouc,22UC开始

9、放电30输出电压波形C充电C放电D截止D导通滤波器输入 电压波形电流流通角电流波形312) 当 C0 ，即无电容滤 波但有负载的情况3) 正常情况下1) 当R ，即负载开路情 况下 电容滤波小结322.性能参数的工程估算 1) 电容滤波电路的外特性 C=0C小C大0.9U2uoio022Ua. 当io一定时，C越小，Uo(AV)越小，纹波越大。b.当C一定时，io越大, Uo(AV)越小。外特性特点电容滤波电路适用于负载电流比较小或负载基本不变的场合。332) 输出直流电压 若 LCR=t 2)5(3T一般取 2O(AV)2.1UU3) 输出电流平均值 = 344) 整流二极管的平均电流 (b

10、) 二极管导通时，有冲击电流；其特点： (a) 比无滤波电容时的平均电流大；二极管的平均电流放电时间常数越大，越小，冲击电流越大。(c) 冲击电流与二极管的导通角()有关。(9-11) 5) 整流二极管的最高反向电压 35例8-3 整流滤波电路如图，负载RL=5k，开关a闭合、b断开时，直流电压表 的读数为140V，求： Vab VARL+1. a闭合,b断开, 求 的读数。A2. a断开,b闭合,求 的读数。A3. ab均闭合，求 的读数。A解：最初相当于RL开路，A=? 0A1. 2. 相当于整流电路A=? 18mA3. 相当于滤波电路A=? 24mA36表9-3 几种整流电路带电容滤波时

11、的特性 379.3.2 电感滤波电路 忽略电感器L的电阻时，负载上输出的平均电 压和纯电阻(不加电感)负载相同，即 = 0.9 (9-12) 389.3.3 复式滤波器 399.4 稳压电路9.4.1 并联型稳压电路 40稳压管稳压电路在负载变化不大的场合，稳压管常用来做稳压电源，由于 负载和稳压管并联，又称为并联稳压电源。稳压管在实际工作 时要和电阻相配合使用，其电路如图2-18所示选择稳压管一般取UZUo IZM(1.5 3) Iom UI = (23) Uo 41可得电阻R的取值范围为 当负载电阻RL和输入电压UI一定时，电阻R的选择是根据稳 压管的电流不超过正常工作范围来选的。稳压管的

12、电流是在 IZmin IZ IZM之间，42UIUo（UZ）IZ IRURUo 稳压原理如下：当负载不变，输入电压UI波动使得输 出电压Uo升高，其调节过程为：若输入电压UI不变，负载发生变化，如RL增大，其调节过程 为：RLUo（UZ）IZ IRURUo 43例2-3 如图2-18所示电路中，UI12V ，稳压管稳定电压UZ6V ，稳定电流IZ10mA，电阻R100，RL150 。(1)求Uo、IR 和稳压管实际工作电流 IZ；(2)若稳压管最大稳定电流IZM =50mA ，试问UI允许波动的范围是多少？(3)若UI =12V，UZ=6V,稳压管 稳定电流IZ10mA，最大稳定电流IZM =

13、50mA，问负载电阻RL 允许变化的范围是多少？ 解：（1）由电路可知则稳压管的实际工作电流为44（2）若稳压管最大稳定电流IZM =50mA， 而稳定电流为IZ =10mA则将两个电流代入上式得45469.4.2 串联反馈式稳压电路 9.4.2.1 稳压电源的主要指标 （1）输入调整率和稳压系数输入调整率是表征稳压器稳压性能的优劣的重要指标，是指在 负载和温度不变的条件下，输入电压变化对输出电压的影响 (9-14) 工程常用稳压系数表示直流稳压电 源的性能 (9-15) 47(2) 负载调整特性 负载调 整特性 定义为输 出电压 的相对变 化量与输出电流变化量的比。 (9-16) (3) 输

14、出电阻 (9-17) (4) 温度系数 (9-18) 489.4.2.2 串联反馈式稳压电路的组成与工作原理 串联反馈式稳压电路稳定输出电压是利用了电压 负反馈稳定输出电压的基本原理，如图9-10a所示。 调整管491电路组 成调整环节取样环节比较放大环节基准环节如图9-11所示是串联反馈式稳压电路的组成框图。502稳压原理iUCEuL)(R或FU OU Bu LLLLLLOU图9-11中：是整流滤波电路的输出电压，T为调整管，A为比较放大 器，UREF为基准电压，R1与R2组成反馈网络用来反映输出电 压的变化(取样)。这种稳压电 路的主回路是工作于线性状态 的调整管T与负载串联， 故称为串联

15、型稳压电 路。 513输出电压在深度负反馈条件下 (9-19) 524调整管参数选取原则(1) ICMIomax(2) PCMo(max)CE(max)IU(3)CEO(BR)UCE(max)U535限流保护 电路正常 工作区0UOIOIOmax电路外特性保护电路R+-UoRL+T1IB1T2IC2URUBIo比较放大环节I+Ui54(2) 当Io增大, T2导通。IB1减小，限制了Io的增大。(1) 当Io较小时，URUBE2 , T2截止，电路正常工作。限流保护电路工作原理559.5 集成稳压器9.5.1 三端固定式集成稳压器 2. 主要特点1. 电路主要组成部分(1) 串联反馈型线性稳压电路；(2) 高精度基准电压源；(3) 过流、过热保护等电路。(2) 外接元件少； (1) 工作可靠；(3) 使用方便。56常用三端固定集成稳压器 是7800系列和7900系列。7800 系列输出正电压，其输出电压 有5V、6V、8V、9V、10V、 12V、15V、18V、20V、24V 等品种。 该系列的输出电流分5档， 7800系列是1.5A，78M00是 0.5A，78 L00和是0.1 A， 78T00是3A，78H00是5A。 7900系列与7800系列