直流稳压电源

下一页返回上一页第18章直流稳压电源18.2滤波器18.3直流稳压电源18.1整流电路下一页返回上一页本章要求：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。第18章直流稳压电源下一页返回上一页第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u4uou3u2u1交流电源负载变压整流滤波稳压下一页返回上一页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下一页返回上一页tuDO18.1.1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，VaVb，二极管D截止。1.电路结构–++–aTrDuoubRLio动画utOuoOtU2U2U2下一页返回上一页4.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值IoLLRURUI45.0oo(3)流过每管电流平均值IDoDII(4)每管承受的最高反向电压UDRMUU2DRM)d(sin2π21ποttUU0.45oU下一页返回上一页5.整流二极管的选择平均电流ID与最高反向电压UDRM是选择整流二极管的主要依据。选管时应满足：IOMID，URWMUDRM半波整流电路的优点：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。下一页返回上一页18.1.2单相桥式整流电路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下一页返回上一页18.1.2单相桥式整流电路2.工作原理3.工作波形uD2uD41.电路结构RLuiouo1234ab+–+–u正半周，VaVb，二极管1、3导通，2、4截止。u负半周，VaVb，二极管2、4导通，1、3截止。uouDttuD1uD3－－utU2U2U2下一页返回上一页4.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值IoLLRURUI9.0oo(3)流过每管电流平均值IDo21DII(4)每管承受的最高反向电压UDRMUU2DRM)d(sin2π1ποttUU0.9oU下一页返回上一页(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较低；(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，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：下一页返回上一页解：变压器副边电压有效值例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。V1119.01009.0oUU流过每只二极管电流平均值A122121oDII每只二极管承受的最高反向电压V17212222DRMUU整流电流的平均值A250110LooRUI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122V下一页返回上一页例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。81122220.K变比I=1.11Io=21.11=2.2A变压器副边电流有效值变压器容量S=UI=1222.2=207.8VA变压器副边电压U122VA1DIV172DRMU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。下一页返回上一页例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下一页返回上一页如果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+_RLD2D4D1D3下一页返回上一页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D1RLuoD6D3D5D4D2ioCbau++––o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下一页返回上一页在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。D1RLuoD6D3D5D4D2ioCbau++––o负载电压2.工作原理变压器副边电压uouaubuC2tuoott1t2t3t4t5t6t7t8t9下一页返回上一页在t2~t3期间共阴极组中a点电位最高，D1导通；共阳极组中c点电位最低，D6导通。负载两端的电压为线电压uaC。D1RLuoD6D3D5D4D2ioCbau++––o负载电压2.工作原理变压器副边电压uouaubuC2tt1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto下一页返回上一页在t3~t4期间共阴极组中b点电位最高，D3导通；共阳极组中c点电位最低，D6导通。负载两端的电压为线电压ubC。D1RLuoD6D3D5D4D2ioCbau++––o负载电压2.工作原理变压器副边电压uouaubuC2tt1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto下一页返回上一页在t4~t5期间共阴极组中b点电位最高，D3导通；共阳极组中a点电位最低，D2导通。负载两端的电压为线电压uba。D1RLuoD6D3D5D4D2ioCbau++––o负载电压2.工作原理变压器副边电压uouaubuC2tt1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto下一页返回上一页t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto2.工作原理结论：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°）。D1RLuoD6D3D5D4D2iocbau++––o变压器副边电压负载电压负载两端的电压为线电压。uouaubuC2t下一页返回上一页3.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值IoLL34.2οoRURUI(3)流过每管电流平均值IDo31DII(4)每管承受的最高反向电压UDRMUU23DRM))d(30sin(23π1ab2π6πttUοUU2.34下一页返回上一页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)。下一页返回上一页18.2.1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tO下一页返回上一页4.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下一页返回上一页(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。uoU2tOiDtO下一页返回上一页例：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=100mAURWM=50V下一页返回上一页例：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的极性电容器下一页返回上一页18.2.2电感电容滤波器1.电路结构LuRLuo++––~+C2.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。下一页返回上一页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。LuRLuo++––~+C2+C1形RC滤波器RuRLuo++––~+C2+C1R愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R大将使直流压降增加，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。下一页返回上一页交直流收扩两用机电源N1N3C20.047FD2D3D4D12CZ12A×4N2FU23A2000F/50V+C1–24VFU11A直流24V交流～220V如图电源输出电压为24V,电流为1.8A。变压器副绕组N3的电压约为20V,C2起抑制高频干扰作用；副绕组N2的电压为5.5V，供照明指示灯用。直流24V电池的极性可任意接入。下一页返回上一页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。下一页返回上一页18.3.1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+C