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1、第十章 直 流 电 源,10.1 单相整流电路 10.2 滤波电路 10.3 倍压整流 10.4 稳压电路 10.5 集成稳压电路 10.6 开关型稳压电路,图10 1 直流电源的组成方框图,10.1 单相整流电路,10.1.1 单相半波整流电路,1. 电路工作原理,在负半周时, 二极管截止, 则,图10 2 单相半波整流电路,2. 直流电压UO和直流电流IO的计算,在半波整流情况下,此式说明, 在半波整流情况下, 负载上所得的直流电压只有变压器次级绕组电压有效值的45%。如果考虑二极管的正向电阻和变压器等效电阻上的压降, 则UO数值还要低。 在半波整流电路中, 二极管的电流等于输出电流, 所
2、以,3. 脉动系数S,4. 选管原则 一般选管根据二极管的电流ID和二极管所承受的最大反向峰值电压URM进行选择, 即二极管的最大整流电流IFID，二极管的最大反向工作电压 。 ,10.1.2 单相全波整流电路,1. 电路与工作原理,为提高电源的利用率, 可将两个半波整流电路合起来组成一个全波整流电路, 如图10 - 3(a)所示。二极管VD1、VD2在正、负半周轮流导电, 且流过负载RL的电流为同一方向, 故在正、负半周, 负载上均有输出电压。,图 10 3 全波整流电路,2. 直流电压UO和直流电流IO的计算,由输出波形可看出, 全波整流输出波形是半波整流时的两倍, 所以输出直流电压也为半
3、波时的两倍, 即,3. 脉动系数S 全波整流电路输出电压的基波频率为2, 求得基波最大值为,故脉动系数为,4.选管原则,选择管子时要求,全波整流电路每管承受的反向峰值电压URM为u2的峰值电压的两倍,即,因为无论正半周还是负半周, 均是一管截止, 而另一管导通, 故变压器次级两个绕组的电压全部加至截止二极管的两端。 选管时应满足,10.1.3 单相桥式整流1. 电路与工作原理,图10 4 桥式整流电路,图10 5 桥式整流电路波形图,2. 直流电压UO和直流电流IO的计算,3. 脉动系数SS=0.67,4. 选管原则,10.2 滤 波 电 路,图 10 6 桥式整流、电容滤波电路,1. 空载时
4、的情况,空载时RL, 设电容C两端的初始电压uC为零。接入交流电源后, 当u2为正半周时, VD1、VD2导通, 则u2通过VD1、 VD2对电容充电; 当u2为负半周时, VD3、VD4导通, u2通过VD3、VD4对电容充电。由于充电回路等效电阻很小, 所以充电很快, 电容C迅速被充到交流电压u2的最大值 。 此时二极管的正向电压始终小于或等于零, 故二极管均截止, 电容不可能放电, 故输出电压UO恒为 , 其波形如图10 - 7(a)所示。,2. 带电阻负载时的情况,图 10 7 电容滤波波形,(1) 电容滤波以后, 输出直流电压提高了, 同时输出电压的脉动成分也降低了，而且输出直流电压
5、与放电时间常数有关。,图10 8 RLC对电容滤波的影响,(2) 电容滤波的输出电压UO随输出电流IO而变化。,图10 9 电容滤波电路的外特性,一般应选二极管,实际工作中按下式选择滤波电容的容量,(10-19),电容滤波整流电路, 其输出电压UO在 之间。当满足式(10 19)时, 可按下式进行估算,脉动系数,10.2.2 其它形式的滤波电路,图10 10 型滤波电路,设第二次滤波后, 负载上得到的直流分量和基波分量的幅值分别为UO和UO1m, 且存在如下关系:,(10-23),式(10 - 23)简写为,当,时,型滤波电路, 其输出直流电压UO的估算均与电容滤波相同,图10 11 L、LC
6、滤波电路,如果需要大电流输出, 或输出电流变化范围较大, 则可采用L滤波或LC滤波电路, 如图10 - 11所示。,表 1 各种滤波器性能比较,为了提高滤波效果, 可在输出端再并上一个电容C, 组成LC滤波电路, 它在负载电流较大时或较小时均有较佳的滤波特性, 故LC对负载的适应力较强, 特别适合用于电流变化较大的场合。 L滤波和LC滤波电路的直流输出电压, 如忽略电感上的压降, 则输出直流电压等于全波整流的输出电压, 即,10.3 倍 压 整 流,10.3.1 二倍压整流电路,图10-12 二倍压整流电路,10.3.2 多倍压整流电路,图10 13 多倍压整流电路,10.4 稳压电路,10.
7、4.1 稳压电路的主要指标,1. 稳压系数Sr,2. 稳压电路的输出电阻rO,输出电阻可以衡量稳压电路受负载电阻的影响程度, 即,10.4.2 硅稳压管稳压电路,图10 14 稳压管稳压电路,1. 稳压原理,(1) 输入电压UI保持不变, 当负载电阻RL减小, IL增大时, 由于电流在电阻R上的压降升高, 输出电压UO将下降。由于稳压管并联在输出端, 由伏安特性可看出, 当稳压管两端的电压略有下降时, 电流Iz将急剧减小,而IR=IL+Iz, 所以IR基本维持不变, R上的压降也就维持不变, 从而保证输出电压UO基本不变, 即,(2) 负载电阻RL不变, 当电网电压升高时, 将使UI增加, 随
8、之输出电压UO也增大, 由稳压管伏安特性可见, Iz将急剧增加, 则电阻R上的压降增大, UO=UI-UR, 从而使输出电压基本保持不变, 即 UIUOIzIRUR UO,2. 指标计算 (1) 稳压系数。按(10 - 28)式, 考虑UO/UI时, 可利用图10 - 15所示的等效电路(仅考虑变化量), 则,图10 15 稳压电路的交流等效电路,当Rrz时,(2) 输出电阻rO。从图10 - 15可求得输出电阻为,3. 限流电阻R的选择,(1) 当电网电压最高, 即为UI max, 且负载电流最小为时, 流过稳压管的电流最大, 其值不应超过Iz max, 即,【例1】 稳压电路如图10-14
9、(a)所示, 稳压管为2CW14, 其参数是Uz=6V, Iz=10mA, Pz=200mW, rz15。整流滤波输出电压UI=15V。 (1) 试计算当UI变化10%, 负载电阻在0.52k范围变化时, 限流电阻R值。 (2) 按所选定的电阻R值, 计算该电路的稳压系数及输出电阻。,解,即0.29kR0.34k, 可选R=320,电阻的额定功率,(2),10.4.3 串联型稳压电路,图10 16 串联型稳压电路原理框图,图10-17 几种串联型稳压电路,1. 输出电压UO的计算及调节范围,图10 18 具有辅助电源的稳压电路,【例2】 在图10 -18中VDz1稳压电压UDz1=UR=7V,
10、 采样电阻RA=1k, RB=680, RW=200, 试估算输出电压的调节范围。 解,2. 最大负载电流额定值的估算,3. 调整管的考虑,(1) 对ICM的考虑。调整管中流过的最大集电极电流为,(2) 对PCM的考虑。调整管可能承受的最大集电极功耗为,选管时要求:,(3) 对击穿电压BUCE的考虑。当输出短路时, 输入最大电压UI max, 全加在调整管c、 e间, 所以,(4) 采用复合调整管。,图10 19 采用复合调整管,10.5 集成稳压电路,10.5.1 基本应用电路,图10 20 W78系列基本应用电路,10.5.2 扩大输出电流的电路,图10 21 扩大输出电流的电路,10.5
11、.3 扩大输出电压的电路,图10 22 扩大输出电压的电路,10.5.3 扩大输出电压的电路,图中 R1上的电压为W78的标称输出电压U, 输出端对地的电压为,式中IQ为W78的静态工作电流, 通常IQR2较小, 输出电压近似为,10.5.4 输出电压可调的电路,图10 23 输出电压可调电路,10.6 开关稳压电路,10.6.1 串联型开关稳压电源,串联型开关稳压电源是最常用的开关稳压电源。图10 - 24 为串联它激式单端降压型开关稳压电源的方框图和电路原理图。,图 10 -24串联型开关稳压电源的方框图及电路原理图,图 10 -24串联型开关稳压电源的方框图及电路原理图,1. 电路组成,
12、2. 工作原理和稳压过程,图 10 25 uE、 iL和uO波形,图 10 26 UO变化引起占空比D变化的自动稳压过程,(1) 正常情况下, 输出电压UO恒定不变, 即为该稳压器的标称值, 此时UF与UR应相等, uO1=0, A2比较器即为过零比较器, 此时uO2波形的占空比D=50%, 波形如图10-26(a)所示。 (2) 当输入电压UI或负载电流IO变化时, 将引起输出电压UO偏离标称值。由于负反馈的作用, 电路将自动调整而使UO基本上维持在标称值不变。稳压过程表示如下： UOUF(UFUR)uO10tontoff UO UO= D50%,3. 采用集成控制器的开关直流稳压电源,图 10 27 用CW3524的开关稳压电源,10.6.2 并联型开关稳压电源,图 10 28 并联型开关稳压电路简化图,2. 不用电源变压器的开关稳压电路,图 10 29 并联开关稳压电路,1) 开关管V1的工作过程2) 储能滤波电路的工作原理3) 采样电路和比较放大器的工作过程,
