电子电工学第06章

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1、第 6 章直流稳压电源电工电子学()本章教学基本要求 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： 9 学时电工电子学()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 本章小结电工电子学()直流稳压电源的组成 组成框图与各部分的作用整 流 电 路滤 波 电 路稳 压 电 路u1u2u3u4uo滤 波 电 路稳 压 电 路u1u2u3u4uo电源

2、变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo 的稳定。电工电子学()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u tu tu tu tu t电源是生产和实验中的重要能源，许多大功率场 合下需要交流电，但电解、电镀及直流电动机需要直 流电。而在电子线路和自动控制装置中还需要电压非 常稳定的直流电。为了得到直流电，除直流发电机外 ，更广泛采用的就是半导体直流电源。电工电子学()整流滤波电路 整

3、流电路 滤波电路电工电子学()整流电路 整流电路的任务交流电压转变为直流脉 动的电压。 整流电路的结构常见的小功率整流电路 ，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。 整流电路的分析 把二极管当作理想元件 处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向 电阻为无穷大。电工电子学()整流电路 单相半波整流电路u1u2aTbDRLuou2 0 时，二极管 导通。 忽略二极管正 向压降：uo=u2bu1u2aTD RLuoiL=0u20 时D1,D3导通 D2,D4截止 电流通路: A D1 RLD3Bu20 时D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路: B D2 RLD4A输出是脉动的直流电压！电工电子学()

4、Uo整流电路 单相桥式整流电路 参数计算u2D4D2D1 D3RLuoABt0uT(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：iLiLiD电工电子学()整流电路 整流电路的主要参数 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Uo之比2. 脉动系数整流输出电压的平均值Uo和输出电压的脉动系数S是衡 量整流电路性能的两个主要指标。电工电子学()整流电路 整流电路的主要参数 3.整流二极管的平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)整流二极管的平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管的主

5、要依据。例如： 在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通 。因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。二极管截止时两端承受 的最大反向电压：电工电子学()整流电路常见的几种整流电路UUoIo UUoIoUUoUIo整流电压 平均值t0uot0uot0uo电 路整流电压波形二极管平均电流 二极管反 向电压副边电流有效值电工电子学()整流电路 几种常见的硅整流桥外形：+ A C -+-+ -电工电子学()滤波电路 整流电路仅将交流电转换成单向脉动的直流电压。 这种电压对许多电子设备远达不到要求，往往再加 接滤波器以改善电压的脉动程度。 滤波电路的任务改善直流脉动电压的脉动程度

6、 。 滤波电路的结构电容与负载 RL 并联，或电感与 负载RL串联。 滤波原理利用储能元件电容两端的电压(或通 过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输 出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑 输出电压波形的目的。电工电子学()滤波电路 电容滤波电路 电感滤波电路 其他形式的滤波电路电工电子学()电容滤波电路 滤波原理桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1 D3 RLuoSC+ 1. RL未接入时(忽略整流电路内阻)电工电子学()电容滤波电路 RL未接入时(忽略 整流电路内阻)u2tuot设t1时刻接 通电源t1整流电路为 电容充电充电结束没有电容 时的输出 波形au1

7、u2u1bD4D2D1 D3 RLuoSC+ 电工电子学()电容滤波电路RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻)u2t uot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。au1u2u1bD4D2D1 D3 RLuoSC+ 电工电子学()电容滤波电路u2t uotau1u2u1bD4D2D1 D3 RLuoSC+ 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 输出电流iD可见，采用电容滤波时，整 流管的导通角较小。电工电子学()电容滤波电路 电容滤波电路的特点一般取(T:

8、电源电压的周期)近似估算:Uo=1.2U2。(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)愈大电工电子学()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)uo电容滤波纯电阻负载1.4U20.9U20

9、IL电工电子学()电容滤波电路 例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频 率 f=50Hz，负载电阻 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。uRLuo+C流过二极管的电流流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值解：1. 1. 选择整流二极管选择整流二极管可选用二极管2CP11IOM =100mA UDRM =50V 电工电子学()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uRLuo+C电工电子学()电感滤

10、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u2u1RLLuo电工电子学()电感滤波电路 滤波原理u2u1RLLuo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=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时 ，输出平均电压约为：电工电子学()电感滤波电路 电感滤波的特点u2u1RLLuo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。电工电子学()其他形式的滤

11、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。电工电子学()其他形式的滤波电路 电感电容滤波器(LC滤波器)TrRLuCL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，更适合与高频滤波电工电子学()其他形式的滤波电路形

12、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。RLuC2LC1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RLuC2RC1电工电子学()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)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

13、有限 ，这里不做 介绍。电工电子学()稳压电路 稳压管及其稳压电路 串联反馈式稳压电路 线性集成稳压电源 串联开关型稳压电源电工电子学()稳压管及其稳压电路 稳压管稳压管是一种特殊的硅二极管。它允许通过较大的反向电流 ，经过特殊工艺使其反向击穿电压比普通二极管低得多（几到几 十伏）。利用其反向击穿特性，配以合适的电阻，在电路中可起 稳压的作用。二极管在加反向偏置电压时，处于截止状态，仅有很小的反向饱和电 流。但是如果反向电压增大到一定值 时，PN结的电场强度太大，将导致二 极管的反向击穿，这时，二极管反向 电流迅速增大而电压却基本不变 反向击穿。uDiD0UBR电工电子学()稳压管及其稳压电路

14、1、稳压二极管的电路符号DZ+-uzizDZ+-uziz2、稳压二极管的特性izuz0当稳压二极管处于正向偏置时，其特性和普通二极管相同。 当稳压二极管处于反向偏置时，如果电压较小，则二极管处 于截止状态，电流近似为 0。 如果电压达到击穿电压值时，电流迅速增大，稳压二极管 处于稳压状态。UZ1）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。特点电工电子学()稳压管及其稳压电路 稳压二极管的主要参数izuz0UZIZIZMUZIZ1）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

15、耗散功率PZM5）动态电阻6）电压温度系数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。不同型号的稳 压管，都规定一 个最大稳定电流， 防止稳压管过流发生热击穿而损。DZ+-uziz电工电子学()稳压管及其稳压电路 稳压管稳压电路构成的思路 整流输出电压虽然经过滤波电路滤波，可以得到波动较 小的直流输出电压，但是，如果输入交流电源电压发生波 动，或负载电流发生变动（这种情况经常出现），输出的 直流电压就可能产生变化。稳压电路的功能，就是在输入 交流电源电压波动、负载变化时，使输出直流电压保持恒 定。 稳压电路稳定输出直流电压的基本思想是：在输出直流 电压时，在电路中设置一个吸收波动成分的元件（调整元 件），当电源电压或负载波动时，调整元件将根据输出直 流电压的变动情况，确定调整方向和大小，以保证输出的 直流电压不发生变化。电工电子学()稳压管及其稳压电路 稳压电路构成电路中设置了一个吸收电压波动成分的元件R（调整元件），当市电或负载波动时，调整元件上的电压进行相应调整，保证输出的直流电压不发生变化。1）电源电压波动2）负载变化电工电子学()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