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1、第18章 直流稳压电源,18.2 滤波器,18.3 直流稳压电源,18.1 整流电路,本章要求： 掌握单相半波和单相桥式整流电路的工作原理和参数计算； 掌握电容滤波电路的工作原理及参数的计算; 3. 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理。掌握串联型稳压电路稳压范围的计算； 4. 了解集成稳压电路的性能及应用。掌握W78系列三端稳压器的典型应用。,第18章 直流稳压电源,小功率直流稳压电源的组成,功能：把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压,18.1 整流电路,整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。,常见的整流电路： 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。,分析时可把
2、二极管当作理想元件处理： 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,整流原理：利用二极管的单向导电性,18.1.1 单相半波整流电路,2. 工作原理,u 正半周，VaVb， 二极管D导通；,3. 工作波形,u 负半周，Va Vb， 二极管D 截止。,1. 电路结构,4. 参数计算,(1) 整流电压平均值 Uo,(2) 整流电流平均值 Io,(3) 流过每管电流平均值 ID,(4) 每管承受的最高反向电压 URM,(5) 变压器副边电流有效值 I,5. 整流二极管的选择,平均电流ID 与最高反向电压URM是选择整流二极管的主要依据。,选管时应满足： IDIOM（最大整流电流） URM URW
3、M（反向工作峰值电压）,优点：结构简单，使用的元件少。,缺点：只利用了电源的半个周期，所以电源利用率 低，输出的直流成分比较低；输出波形的脉动大； 变压器电流含有直流成分，容易饱和。故半波整流 只用在要求不高，输出电流较小的场合。,6.半波整流电路的优缺点,18.1.2 单相桥式整流电路,2. 工作原理,u 正半周，VaVb，二极管 1、3 导通， 2、4 截止 。,3. 工作波形,uD2uD4,1. 电路结构,18.1.2 单相桥式整流电路,2. 工作原理,u 正半周，VaVb，二极管 1、3 导通， 2、4 截止 。,3. 工作波形,uD2uD4,1. 电路结构,u 负半周，VaVb，二极
4、 管 2、4 导通，1、3 截止 。,uD1uD3,4. 参数计算,(1) 整流电压平均值 Uo,(2) 整流电流平均值 Io,(3) 流过每管电流平均值 ID,(4) 每管承受的最高反向电压 URM,(5) 变压器副边电流有效值 I,(1) 输出直流电压高； (2) 脉动较小； (3) 二极管承受的最大反向电压与半波整流相同。 (4) 电源变压器得到充分利用。,目前，半导体器件厂已将整流二极管封装在一起，制成单相及三相整流桥模块（硅桥堆），这些模块只有输入交流和输出直流引线。减少接线，提高了可靠性，使用起来非常方便。,桥式整流电路的优点：,解：变压器副边电压有效值：,例1：单相桥式整流电路，
5、已知交流电网电压为 220V，负载电阻 RL = 50，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。,考虑到变压器副绕组及二极管上的压降，变压器副边电压一般应高出5%10%，即取,U = 1.1 111 122 V,变压器变比为：,变压器副边电流有效值：,整流电流的平均值：,I = 1.11 Io= 1.11 2 2. 2A,可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。,流过每只二极管电流平均值：,例1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220V，负载电阻 RL = 50，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。,每只
6、二极管承受的最高反向电压：,变压器容量： S = U I = 122 2.2= 268. 4 VA,例2：试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或D4 断开时负载电压的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？如果D2 或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？,解：当D2或D4断开后：电路为单相半波整流电路。 正半周时，D1和D3导通，负载中有电流流过，负载电压uo=u； 负半周时，D1和D3截止，负载中无电流流过，负载两端无电压，uo =0。,如果D2或D4接反 正半周时，二极管D1、D2或D4、D3导通，电流经D1、D2或D4、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D2或D4、D3将
7、被烧坏。 负半周时，二极管D1、D2、D3、D4截止，无输出。,如果D2或D4因击穿烧坏而短路 正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。 负半周时，二极管D1、D3截止，工作情况与单相半波整流电路相同。,18.1.3 三相桥式整流电路,2. 工作原理,在每一瞬间 共阴极组中阳极电位最高的二极管导通； 共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。,1. 电路结构,三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形,共阳极组,共阴极组,在 t1 t2 期间 共阴极组中a点电位最高，D1 导通； 共阳极组中b点电位最低，D4 导通。,负载两端的电压为线电压uab。,负载电压,变压器
8、副边电压,结论： 在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导通（导通角为120）。,变压器副边电压,负载电压,负载两端的电压为线电压。,3. 参数计算,(1) 整流电压平均值 Uo,(2) 整流电流平均值 Io,(3) 流过每管电流平均值 ID,(4) 每管承受的最高反向电压 URM,18.2 滤波器,交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成分。 滤波目的：滤掉整流电路输出电压中的交流成分，保留其直流成分；达到平滑输出电压波形的目的。 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； 方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。
9、,18.2.1 电容滤波器,2. 工作原理,u uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电，同时也给电容充电， uC 增加，uo= uC 。,u uC时，二极管截止，电容通过负载RL 放电，uC按指数规律下降， uo= uC 。,3. 工作波形,1. 电路结构,二极管承受的最高反向电压为 。,二极管承受的最高反向电压URM,4. 电容滤波电路的特点,(T- 电源电压的周期),输出电压的脉动程度和平均值Uo与什么因素有关？,RLC 越大 电容器放电越慢 输出电压的平均值Uo 越大，波形越平滑。,近似估算取： Uo = 1. 0 U （半波） Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波）,当负载RL 开
10、路时，UO ,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。,流过二极管的电流：,二极管承受的最高反向电压：,变压器副边电压的有效值：,解：1. 选择整流二极管,可选用二极管2CP11,IOM =100mA URWM =50V,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。,取 RLC = 5 T/2,已知RL = 50,2. 选择滤波电容器,可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器,1
11、8.2.2 电感电容滤波器（LC滤波器）,1. 电路结构,2. 滤波原理,对直流分量: XL=0 ，L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L上。因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。,当流过电感的电流发生变化时,线圈中产生自感电动势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。,LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。,18.2.3 形滤波器, 形 LC 滤波器,滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。,比形LC滤波器的体积小、成本低。, 形 RC 滤波器,R 愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R 大将使直流
12、压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。,18.3 直流稳压电源,稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。 稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。 稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一个独立的电子部件。,18.3.1 稳压管稳压电路,2. 工作原理,UO = UZ IR = IO + IZ,RL(IO) IR ,设UI一定，负载RL变化, UO (UZ ) , IZ,1. 电路,限流调压,稳压电路,UO 基本不变,
13、UO = UZ IR = IO + IZ,UI UZ ,设负载RL一定，UI 变化, IZ , IR ,UO 基本不变,3. 参数的选择,(1) UZ = UO (2) IZM= (1.5 3) IOM (3) UI = (2 3) UO,适用于输出电压固定、输出电流不大、且负载变动不大的场合。,18.3.2 串联型稳压电路,1. 电路结构,调整元件,比较放大,基准电压,取样电路,当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO 升高时，有如下稳压过程：,2. 稳压过程,UO,Uf ,UB ,UO,IC ,UCE ,由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。,如何引入的？,3. 输出电压及调
14、节范围,思考：输出电压=？输出电压的范围是多大？,18.3.4 集成稳压电源,单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。 最简单的集成稳压电源只有输入、输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。,1. 分类,XX两位数字为输出电压值,（1. 25 37 V 连续可调）,2. 外形及引脚功能,W78xx、W79xx系列稳压器有金属封装和塑料封装两种。,符号,3. 性能特点（78xx、79xx系列）,输出电流超过1.5 A（加散热器） 不需要外接元件 内部有过热保护 内部有过流保护 调整管设有安全工作区保护 输出电压容差为4%,输出电压额定值有: 5V、6V、 9V、12V
15、 、 15V、 18V、 24V等。,4. 主要参数,(1) 电压调整率SU(稳压系数) 反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波动对稳压电路的影响。,(2) 电流调整率SI 反映当输入电压和环境温度不变时，输出电流变化时输出电压保持稳定的能力，即稳压电路的带负载能力。,0.0050.02%,0.11.0%,(3) 输出电压 UO,(6) 最大输入电压 UIM,(7) 最大功耗 PM,(4) 最大输出电流 IOM,(5) 最小输入、输出电压差 (Ui -UO ) min,(1) 输出为固定电压的电路,输入与输出之间的电压差不得低于2V！,5. 三端固定输出集成稳压器的应用,0.11F,1F,
16、为了瞬时增减负载电流 时，不致引起输出电压 有较大的波动。即用来 改善负载的瞬态响应。,用来抵消输入端接线 较长时的电感效应， 防止产生自激振荡。 即用以改善波形。,(2)同时输出正、负电压的电路,(3) 输出电压可调的电路,可见移动电位器的滑动端，改变电阻R2和R1的比值，便可调节输出电压UO的大小。,也可直接用三端可调输出集成稳压器调节输出电压,由于调整端的电流可忽略不计，输出电压为：,如果RP=6.8k，则Uo的输出范围为1.2537V。,UO= UXX + UZ,（4）提高输出电压的电路,IO= I2 + IC,（5）提高输出电流的电路,R 可由功率管 T的UBE和稳压器的IOM确定, 即R UBE /IOM
