第十二章-电工学简明教程--第二版-秦曾煌主编

第12章直流稳压电源12.1整流电路12.2滤波器12.3直流稳压电源本章要求：1.理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算;2.了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理;3.了解集成稳压电路的性能及应用。滤波整流稳压变压交流电源负载OtuOtuOtuOtuOtu下图是半导体直流电源的原理方框图,它表示把交流电变换为直流电的过程。功能：把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压3.滤波器：减小整流电压的脉动程度。4.稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。为符合整流需要的电压。图中各环节的功能如下：1.整流变压器将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。2.整流电路将交流电压变换为单向脉动电压。整流电路中最常用的是单相桥式整流电路它由四个二极管D1D4接成电桥的形式构成。12.1整流电路RLioD4D3D2D1~+u+uo整流原理：利用二极管的单向导电性分析时可把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。2.工作原理u正半周，VaVb，二极管D1、D3导通，D2、D4截止。3.工作波形uD2uD41.电路结构－uouDttRLuiouo1234ab+–+–－utU2U2U2RLuiouo1234ab+–+–uD2uD4uouDttutU2U2U2uD1uD3u负半周，VbVa，二极管D2、D4导通，D1、D3截止。－在一个周期内，通过电阻的电流方向相同，在负载上得到的是全波整流电压uo。totototo2323Im2233uD1uD3uD4uD2uOuuDiO由于二极管的正向压降很小，因此可认为uO的波形和u的正半波是相同的。输出电压的平均值为0O)(d)sin(21ttUUUU9.022U2U2U2式中U是变压器二次电压u的有效值。截止管所承受的最高反向电压为UU2DRM下图是单相桥式整流电路的简化画法+uoRLio~+u[例1]已知负载电阻RL=80，负载电压UO=110V。今采用单相桥式整流电路，交流电源电压为380V。(1)如何选用晶体二极管？(2)求整流变压器的变比及容量。[解](1)负载电流A1.480110LOORUI每个二极管通过的平均电流A0.721ODII变压器二次侧电压的有效值为V1220.91100.9OUU考虑到变压器二次绕组及管子上的压降，变压器二次侧的电压大约要高出10%，即1221.1=134V。于是V1891342DRMU因此可选用2CZ55E晶体二极管，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。(2)变压器的变比及容量变压器的变比2.8134380K变压器二次侧电流的有效值为A1.550.91.40.9OII变压器的容量为AV2081.55134UIS可选用BK300(300V·A)，380/134V的变压器。返回例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？uo+_~u+_RLD2D4D1D3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，负载中有电流过，负载电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，uo=0。uouπ2π3π4πttπ2π3π4πoo如果D2或D4接反则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。如果D2或D4因击穿烧坏而短路则正半周时，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。uo+_~u+_RLD2D4D1D312.2滤波器交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。滤波原理：滤波电路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。方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。12.2.1电容滤波器1.电路结构2.工作原理uuC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC增加，uo=uC。uuC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。+Cici–++–aDuoubRLio=uC3.工作波形二极管承受的最高反向电压为。UU22DRMuoU2U2utOtO4.电容滤波电路的特点25)(3LTCRτ一般取(T—电源电压的周期)(1)输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间常数RLC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=1.2U(桥式、全波）Uo=1.0U（半波）当负载RL开路时，UOU2为了得到比较平直的输出电压(2)外特性曲线有电容滤波1.4U无电容滤波0.45UUooIO结论采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。(3)流过二极管的瞬时电流很大选管时一般取：IOM=2IDRLC越大ＵO越高，IO越大整流二极管导通时间越短iD的峰值电流越大。iDtuoU2tOO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V352522DRMUU变压器副边电压的有效值A075020030212121LOOD.RUIIuRLuo++––~+C解：1.选择整流二极管25V1.23021O.UU可选用二极管2CP11IOM=100mAUDRM=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S05.025015LCRuRLuo++––~+C解：2.选择滤波电容器F250F102502000.050506LR.C可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器RLLC~+u12.2.2电感电容滤波器(LC滤波器)当通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中要产生自感电动势阻碍电流的变化，因而使负载电流和负载电压的脉动大为减小。频率越高，电感越大，滤波效果越好，而后又经过电容滤波，使输出电压更为平直。返回12.3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。12.3.1稳压管稳压电路2.工作原理UO=UZIR=IO+IZUIUZRL(IO)IR设UI一定，负载RL变化UO基本不变IR(IRR)基本不变UO(UZ)IZ1.电路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流调压稳压电路12.3.1稳压管稳压电路2.工作原理UO=UZIR=IO+IZUIUZUIUZ设负载RL一定，UI变化UO基本不变IRRIZIR1.电路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz3.参数的选择(1)UZ=UO(2)IZM=(1.5~3)ICM(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。[例1]有一稳压管稳压电路，负载电阻RL由开路变到3k，交流电压经整流滤波后得出UI=30V。今要求输出直流电压UO=12V，试选择稳压管DZ。[解]根据输出电压UO=12V的要求，负载电流最大值mA4A1041031233LOOMRUI可选择稳压管2CW60，其稳定电压UZ=(11.5~12.5)V，其稳定电流IZ=5mA，最大稳定电流IZM=19mA。12.3.2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三端稳压器输出固定电压输出可调电压输出正电压78XX输出负电压79XX（1.25~37V连续可调）2.外形及引脚功能W7800系列稳压器外形输出正电压1—输入端3—公共端2—输出端W7900系列稳压器外形输出负电压1—公共端3—输入端2—输出端塑料封装3.性能特点（7800、7900系列）•输出电流超过1.5A（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、15V、18V、24V等。输出为固定正电压时的接法如图所示。(1)输出为固定电压的电路输入与输出之间的电压不得低于3V！4.三端固定输出集成稳压器的应用COW7805CiUi+_+_UO1230.1~1F1F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23220V24V+C24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO–15V1F1F0.33F0.33F1000F1000FUXX:为W78XX固定输出电压UO=UXX+UZ（3）提高输出电压的电路COW78XXCiUI+_+_UO123UXXUZRDZ+_+_IO=I2+IC（4）提高输出电流的电路当IO较小时，UR较小，T截止，IC=0。COW78XXCiUI+_+_UO123RURICI2IOT+–当UR足够大时，T导通，IO=IOM+ICR可由功率管T的UBE和稳压器的IOM确定,即RUBE/IOM。(5)输出电压可调的电路W78CiCO+UI+U+++UOR1R2R3R4UUO211433URRRURRRURRRRRU43312O)1(可见移动电位器滑动端，改变电阻R2和R1的比值，便可调节输出电压UO的大小。返回5.三端可调输出集成稳压器的应用)V1(25112ORR.U流过调整端电流100µA，在要求不高的场合它在R2上的压降可以忽略2、1两端电压为1.25V—基准电压COCW117CiUi+_+_UO321AdjR1R22401µF0.1µFCW117为三端可调正输出集成稳压器输出电压可调范围为1.2—37V，输出电流可达1.5A1脚为调整端，2脚为输出端，3脚为输入端