模电课件第九章功率电路及系统2

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1、直流稳压电源的作用,从交流电源变换成平滑而稳定的直流电。,92 整流器和直流稳压电源,整流电路,把大小、方向都随时间变化的交流电变换成直流电。有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路等。,电源变压器: 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。,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,直流电源的一般组成如下图所示。,1. 整流工作原理,利用二极管的单向导电性,电路图,整流分类：半波、全波、桥式、倍压整流电路,921

2、整流滤波电路,一、整流滤波电路,图911常用整流电路 (a)半波整流；(b)全波整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流,图911常用整流电路 (a)半波整流；(b)全波整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流,图911常用整流电路 (a)半波整流；(b)全波整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流,滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。,交流 电压,脉动 直流电压,直流 电压,滤波电路,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。,几种滤波电路,10.1.2 滤波电

3、路,（a）电容滤波电路,（b）电感电容滤波电路（倒L型）,（c）型滤波电路,二 整流与滤波电路工作原理,1.半波整流电路,二极管导通，uL=u2,二极管截止, uL=0,u2 0 时:,u20时:,1、工作原理,设变压器输出电压：u2= U2sint,则输出电压：,2、电路特点 优点：结构简单，元件少。 缺点：输出波形脉动大，利用率低,3、电路分析,（1）输出直流电压：,（2）负载平均电流,（3）二极管所承受的最大反向电压,（4）整流管平均整流电流=负载平均电流,4、整流输出电压的脉动系数,2.全波整流电路,原理：,变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2,当u2正半周时， D1导通，D2

4、截止。,当u2负半周时， D2导通，D1截止。,全波整流电压波形,全波整流电路,电路分析：,3. 桥式整流电路,（1）组成：由四个二极管组成桥路,u2正半周时:,D1 、D3导通， D2、D4截止,（2）工作原理：,u2负半周时：,D2、D4 导通， D1 、D3截止,桥式整流电路,正确利用二极管的引导作用,如何实现正、负电源？,将桥式整流电路变压器副边中点接地，并将二个负载电阻相连接，且连接点接地。,图 利用桥式整流电路实现正、负电源,uO1 为正； uO2为负,思考1：一个二极管接反时的情况。,思考,思考2：一个二极管短路时的情况。,思考,！,整流桥中一个二极管短路，可能烧毁变压器 线圈或

5、整流管。,思考3：一个二极管虚焊（断路）时的情况。,思考,！,整流桥中一个二极管断路，变成半波整流。,实际应用1：利用桥式整流电路实现正、负电源,实际应用1：利用桥式整流电路实现正、负电源,变压器副边抽头不在中间时，输出的正、负电源 是否还对称？,图914 用“硅桥”实现正、负两路直流输出的全波整流电路,集成硅整流桥：,多倍压整流电路,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。,图 多倍压整流电路,u2的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路，C1充电到：,u2的第一个负半周：u2、C2、D2 、C1构成回路，C2充电到：,倍压整流电路的工作原理,u2

6、的第二个正半周：u2、C1、C3 、D3 、C2构成回路， C1补充电荷，C3充电到：,u2的第二个负半周： u2、C2、C4、D4、C3 、C1构成回路， C2补充电荷， C4充电到：,把电容接在相应电容组的两端，即可获得所需的多倍压直流输出。,由于整流输出电压存在一定的纹波,故需用滤波电路来滤除纹波电压。滤波电路利用电抗性元件的储能作用实现滤波。,一般通过将电容C与负载并联或将电感L跟负载串联来实现。,经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。,二、整流滤波电路的工作原理及主要性能,假设电路刚好在 由负到零

7、的时刻接通,则 通过VD1和VD3向C充电。电容电压 紧随输入电压 按正弦规律上升至 的最大值。,电容滤波电路,(1)空载(RL=)时:设电容器两端初始电压为零。,电容滤波电路,(1)空载(RL=)时:设电容器两端初始电压为零。,uc=uL,故,然后 继续按正弦规律下降,当 时,二极管截止,C放电,由于无放电回路,所以 保持。,电源 在向负载RL供电的同时又对电容C充电。电容电压 紧随输入电压 按正弦规律上升至 的最大值。,电容滤波电路,(2)接入RL(且RLC较大)时:,电容滤波电路,(2)接入RL(且RLC较大)时:,而后 继续按正弦规律下降,当 时，二极管截止，而电容C则对负载电阻RL按

8、指数规律放电。,电容滤波电路,(2)接入RL(且RLC较大)时:,当 降至 时，二极管又导通，电容C再次充电。,电容滤波电路,(2)接入RL(且RLC较大)时:,二极管中 的电流,uc= uL,这样循环下去， 周期性变化，电容C周而复始地进行充电和放电,使输出电压脉动减小。,只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。,电容C放电的快慢取决于时间常数(=RLC）的大小，时间常数越大，电容C放电越慢，输出电压 就越平坦，平均值也越高。,电容滤波电路,(2)接入RL(且RLC较大)时:,二极管中 的电流,uc= uL,电容滤波电路的特点：,(2)UL与RLC的关系：,

9、RLC愈大C放电愈慢UL(平均值)愈大,近似估算: UL=1.2U2,(1)整流管导电时间越短 的峰值电流越大,电容滤波电路的特点：,(3)图为输出直流电压UL随负载电流IL的变化关系曲线。,负载直流电压随负载电流增加而减小。,电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，说明它的带负载能力较差，只适用于负载较轻且变化不大的场合。,C值一定,RL=即空载时,C=0,即无电容时,（1）滤波电容C一般选择体积小，容量大的电解电容器。,（2）普通电解电容器有正、负极性，使用时正极必须接高电位端，如果接反会造成电解电容器的损坏。,要注意的几点：,（3）加入滤波电容以后，二极管导通时间缩短，且在短时间内承

10、受较大的冲击电流( )，为了保证二极管的安全，选管时应放宽裕量。,*使用条件：,各种电路参数比较：,一、电容滤波电路,例1、某电子设备需要直流电压U0=30v，I0=400mA的直流电流，若采用桥式直流，电容滤波电路，试选择直流元件和滤波电容。,（1）选择二极管,考虑到电容充电电流的冲击，选用最大直流电流为500mA、耐压为50v的整流二极管。,（2）选电容,选C=500F，耐压为50v的电解电容。,例2、一个全波整流、电容滤波电路中，U2=10v，C=1000F，当RL=20时，试求 和S的值，整流管的压降和整流内阻可忽略。,例3 如图所示，要求输出电压U O（AV) =15V，负载电流平均

11、值I L（AV) = 100mA, U O（AV) =1.2U2。试问： （1） 滤波电容的大小。 （2）考虑到电网电压的波动范围为10%, 滤波电容的耐压值。,解： （1）由U O（AV) =1.2U2 可知，C的取值应满足RLC=（35）T/2的条件。,（2）,电容的耐压值为,实际可选取容量为300F、耐压为25V的电容。,例4 如图所示，RL=50欧姆，C=1000uF，U2=20V U O（AV)有以下几种情况: （1） 28V （2） 18V （3） 9V 分析电路产生了什么故障?,解： （1）RL开路 （2）电容开路 （3）一个二极管开路且电容开路,稳压管稳压电路的缺点： （1）带

12、负载能力差 （2）输出电压不可调,改进1： （1）提高带负载能力在输出端加一射极输出器,UO=UZ-0.7V,基本调整管稳压电路,922串联反馈型线性稳压电源的工作原理,1、稳压原理,基本调整管电路,改进2： （2）使输出电压可调在射极输出器前加一带有负反馈的放大器具有放大环节的串联型稳压电路。,具有放大环节的串联型稳压电路,具有放大环节的串联型稳压电路,1.电路构成,3.输出电压的调节范围,2.稳压原理,UO,U-,UB ,UO,UO , U-, UB, UO,引入了负反馈,4.调整管的选择,参数确定：,调整管一般为大功率管，选择时主要考虑三个极限参数：,例:设如图所示串联型直流稳压电路中,

13、稳压管为2CW14,其稳定电压为UZ7V，采样电阻R1=3K，R2=2K, R3=3K,试估算输出电压的调节范围。,解：,解：,因此,稳压电路输出电压的调节范围是(11.218.7V)。,例:设如图所示串联型直流稳压电路中,稳压管为2CW14,其稳定电压为UZ7V，采样电阻R1=3K，R2=2K, R3=3K,试估算输出电压的调节范围。,8.4.3 调整管的选择,例：如图,要求输出电压UO=(1015V),负载电流IL=(0100)mA,已选定基准电压的稳压管为2CW1,其稳定电压UZ=7V,IZmin=5mA,IZmax33mA。若选用3DD2C,其主要参数:ICM=0.5A,U(BR)CE

14、O=45V,PCM=3W。,假设采样电阻总的阻值选定为2k左右,则R1、R2、R3三个电阻分别为多大？,解： 因,故,取,故,则,则,取,在确定了采样电阻R1R2R3的阻值以后再来验算输出电压的变化范围是否符合要求,此时,输出电压的实际变化范围为 ,所以符合给定的要求。,估算电源变压器副边电压的有效值U2；,解：稳压电路的直流输入电压的有效值为,取 ，则变压器副边电压的有效值为,估算基准稳压管的限流电阻R的阻值；,解：基准电压支路中的电阻R的作用是保证稳压管VDZ的工作电流比较合适,通常使稳压管中的电流略大于其最小参考电流值IZmin。可认为,故基准稳压管的限流电阻应为,验算稳压电路中的调整管

15、是否安全。,解：根据稳压电路的各项参数,可知调整管的主要技术指标应为,已知低频大功率三极管3DD2C的ICM0.5A，U(BR)CEO=45V,PCM=3W,可见调整管的参数符合安全的要求,而且留有一定的余地。,三、集成三端稳压器 集成三端稳压器是集成串联型稳压电源，用途十分广泛，而且非常方便。集成三端稳压器有78系列(输出正电压)和79系列(输出负电压)，后面两位数表示输出电压值，如7812，即表示输出直流电压为+12V。,1.调整管,当电网电压或负载电流波动时,调整自身的集射压降使输出电压基本保持不变。,集成三端稳压器(集成的稳压电源)框图,2.放大电路,将基准电压与从输出端得到的采样电压进行比较,然后再放大并送到调整管的基极。,集成三端稳压器的组成,3.基准电源,采用能带间隙式基准源,具有低噪声、低温漂的特点,在单片式大电流集成稳压器中广泛应用。,集成三端稳压器的组成,4.采样电路,由两个分压组成,它将输出电压变化量的一部分送到放大电路的输入端。,集成三端稳压器的组成,5.启动电路,在刚接通直流输入时使调整管、放大电路和基准电源等建立起各自的工作电流, 当稳压电路正常工作时断开启动定路,以免影响稳压电路的性能。,集成三端稳压器的组成,6.保护电路,在W7800系列三端集成稳压器中,已将三种保护电路集成在芯片内部,它们是限流保护电路、过热