电工电子技术课件8

电力电子技术第8章8.1半导体直流稳压电源第8章电力电子技术8.1.3稳压电路8.1.1整流电路8.1.2滤波电路掌握直流稳压电源基本组成及各部分的作用。掌握两种整流电路：半波和桥式整流电路的电路结构、工作原理及器件参数的选取。掌握各种滤波电路的电路结构、工作原理及特点。掌握稳压管稳压电路的组成和工作原理。了解串联型稳压电路和集成稳压电路的工作原理。了解开关型稳压电源。了解晶闸管可控整流和交流调压电路。学习目标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:在电网电压波动及负载变化时,保持输出电压u0稳定。8.1半导体直流稳压电源整流电路滤波电路稳压电路变压器u1u2u3u4uo变压器整流电路滤波电路稳压电路整流电路的任务是把交流电压转变为单向脉动的直流电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式整流等。为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即加正向电压导通，且正向导通电阻为零（相当于短路），加反向电压截止，且反向电阻为无穷大（相当于开路）。8.1.1整流电路1.单相半波整流电路1）电路u1u2TrVDRLu0Tr：整流变压器1122UNNUVD：理想二极管UD0，VD导通；UD=0，I取决于外电路；UD0，VD截止；I=0，UD（负值）取决于外电路。RL：负载电阻u1，u2：正弦波u20时，二极管导通，2）工作原理u20时，二极管截止，uoiotwu2twuDu0=u2，uD=0u0=0，uD=u2u1u2TrVDRLu0i0iDuD思考：D反接，uo的波形二极管上承受的最高反向电压：二极管的平均电流：3）各电量计算输出电压平均值：输出电流平均值：22200045.0221UUtduUw2045.0UULoRUI0ODII22UUDRMtw2UOIO半波整流时，变压器副边电流为非正弦波！有效值与最大值不满足的关系。2注意！4）整流元件选择选择依据：二极管上承受的最高反向电压：UDRM二极管上的平均电流：ID选择方法：查手册，看参数，选型号最大整流电流IOM最大反向工作电压URMDRMRM1.1UUDOMII1.1整流桥1）电路2.单相桥式整流电路u1u2TrVD4VD2VD1VD3RLu0简化画法u1u2TrRLu0+-u2正半周时：2）工作原理Tru1u2VD4VD2VD1VD3RLu0u20，D1，D3通，D2，D4止；u20，D2，D4通，D1，D3止；u0=u2u0=-u2u2负半周时：-+uoiotwu2twu2twtwuD4,uD2uD3,uD1twuou2D4D2D1D3RLu0输出是单向脉动的直流电压！二极管上承受的最高反向电压：二极管的平均电流：3）各电量计算输出电压平均值：输出电流平均值：209.0UULRUI209.0ODII2122UUDRMuoiotw22009.021UtduUow变压器副边电流有效值为正弦波电流的有效值！注意！9.022oLIRUI4）整流元件选择同半波整流。最大整流电流IOM最大反向工作电压URMDRMRM1.1UUDOMII1.1几种常见的硅整流桥+AC-~+~-~+-~u0u1u2u1abVD4VD2VD1VD3RLSu2twtwuo电源短路例1桥式整流电路中，若D3断开、短路、反向，会出现什么现象？8.1.2滤波电路滤波原理: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份。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,将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，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。1.电容滤波电路桥式整流电容滤波电路u1u2u1abVD4VD2VD1VD3RLu0C1）电路接在整流电路之后，与负载并联；一般选择极性电容器。滤波电容Cu2tu0t没有电容时的输出波形2）工作原理0/2t1t2C事先未充电0~/2u2uo，D1、D3通，C充电C放电，指数规律，快！u2uo，D1、D3仍导通uo正弦规律uo仍为正弦规律~t2t1C放电，指数规律慢！ucu2，D1、D3截止，uo指数规律有电容时的输出波形~t1/2u2正弦规律，慢！u1u2u1abD4D2D1D3RLu0Cu2tu0t有电容时的输出波形半波整流电容滤波时没有电容时的输出波形u0tu2tu2uo时，二极管截止，电容通过RL放电，u0逐渐下降。电容的放电电流填补了波形的部分空白，使输出电压的平均值增大。u0tu2t滤波电容在u2uo时充电，在u2uo时放电。桥式整流电容滤波时，每个周期充、放电两次；半波整流电容滤波时，每个周期充、放电一次；输出电压的平滑程度和平均值与电容的放电时间常数RLC有关。RLC越小，输出电压越低，输出电压中含纹波成分越大。RLC大RLC小UOUO若空载（RL开路），输出波形如何？3）滤波电容的选择与输出电压的估算C容量选择：2)5~3(TCRLT：交流电压的周期C耐压选择：C耐压oU2输出电压的估算：半波整流电容滤波:桥式整流电容滤波:202.1UU20UURLC愈大电容器放电愈慢U0(平均值)愈大。4）电容滤波电路的特点电路简单，波形平滑；输出电压平均值提高大；整流二极管导通时间短，峰值电流大；u0t整流电路的输出电流输出特性（外特性）较差；输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,U0也随之改变。如:RL愈小(I0越大),U0下降多。电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小且负载变动不大的场合。输出特性(外特性):uO电容滤波纯电阻负载1.4U20.9U20IO负载开路时的输出电压2.电感滤波电路在桥式整流电路与负载间串入一电感L，就构成了电感滤波电路。u2u1RLLu01）电路对直流分量(f=0)：XL=0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XL上。因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。2）滤波原理u2u1RLLu0整流输出的脉动电压中既含直流分量(f=0)，也含各次谐波分量（不同频率的交流分量）。209.0UU3）电感滤波的特点:整流管导电角较大,峰值电流很小,输出特性比较平坦,适用于低电压大电流(RL较小)的场合。电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。若在电感滤波器后再加一电容滤波，则构成了LC滤波器，滤波效果更好。LC滤波器LC滤波电路电路结构u2u1RLLu0C其滤波原理及应用场合与电感滤波相似1）LC型滤波器LC型滤波电路电路同电感滤波电路。3.型滤波电路滤波原理及应用场合u2u1RLLu0C2C1为了改善滤波特性，可采取多级滤波的办法,如在电容滤波后再接一级（LC或RC）滤波电路，从而构成（LC或RC）-型滤波电路。2）RC-滤波RC-u0Ru2u1C1C2RL电路滤波原理桥式整流电路输出的直流脉动电压经C1滤波后，仍含有一定的纹波成分，再经R和C2使其中的交流分量较多地降在电阻两端（因为电容C2的交流阻抗很小），而较少地降在负载上，从而有较好的滤波效果。特点电阻上有直流压降损失；适用于负载电流较小，又要求输出电压脉动很小的场合。滤波效果好，脉动分量小；8.1.3稳压电路常用稳压电路（小功率）稳压管稳压电路集成稳压电路电路简单，带负载能力差，一般只提供基准电压。电路简单，带负载能力较强，作为电源使用。1.稳压管稳压电路1）电路稳压电路R：调整电阻DZ：稳压管与负载电阻RL并联ZOUURIZOUUUUu2u1RLuOCVDZuZuIRuRLDRIIIZu2t0tuIuOt2）工作原理UIUO=UZIZURUO=uI-uRUZ当电源电压波动引起输出变化时，调整过程如下：请自行分析电源电压下降时的调整过程。3）稳压管的选择OZUUmaxminZZZIIIOIUU)3~2(R2.串联型稳压电路集成稳压器的基础1）电路结构UIUO调整取样比较放大基准UBUfUZUOUCEUIRL}}R1R2+∞RT串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。基准电压部分：稳压管稳压电路；2）工作原理ofURRRU212取样部分：R1，R2串联，取出输出电压的一部分；ZU比较放大器，运放组成差动放大，放大UZ，Uf的差；调整部分：T，与负载串联。)(0fZUBUUAUCEIoUUUR1：串联负反馈。ZoURRU)1(21改变UZ或电位器可调整UO。稳压原理U0UfUB=A（UZ-Uf）UCEU0当UI增加或输出电流减小使U0升高时UBUfUZUORLUI}}R1R2+∞RTUCE集成稳压电源简介3.集成稳压电源将串联型稳压电路集成在一块半导体基片上；体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉；电路内部附有短路和过热保护环节；常用的W7800和W7900系列三端集成稳压器（只有输入，输出和公共引出端）。1端:输入端3端:公共端2端:输出端W7800系列稳压器外形1231端:公共端3端:输入端2端:输出端W7900系列稳压器外形123分类:正稳压W78XX负稳压W79XX固定式可调式三端集成稳压器型号后XX两位数字代表输出电压值W78系列(输出正电压)W79系列(输出负电压)}输出电压额定电压值有:5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七个档次。有1.5A、0.5A和0.1A三个电流档次。1）输出为固定正电压的电路应用电路COW7800CIUI+_+_UO1230.1~1F1µF输入与输出端之间的电压不得低于3VUI：整流滤波后的直流电压；CI：用于抵消输入线较长时的电感效应，以防产生自激振荡，改善纹波特性。(通常取0.33F）CO：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，改善负载的瞬态效应。(通常取1F）COW7900CIUI+_+_UO3210.1~1F1µF2）输出为固定负电压的电路输入与输出端之间的电压不得低于3V公共端是正！3）输出为正、负电压的电路W78XXCIUI+_UO123+_CIW79XX12COCO3UOCOW78XXCIUI+_+_UO123UXXUZRDZUXX:为W78XX固定输出电压UO=UXX+UZ4）提高输出电压的电路5）扩大输出电流的电路I2≈I1=IR+IB=-UBE/R+IC/βCOW7800UI+_+_UOCI123TI1IRIBICI3I2R一般I3很小，可忽略不计则：输出电流比不接三极管时的I2增大了IC。电阻R的阻值要使功率管只能在输出电流比较大时才导通6）输出电压可调式电路W7805123C1COU1UOR1R2UO´UO´´UO=UO+UO´´´´UO固定´´UO可调UO可调END