电子技术之直流电源

下一页总目录章目录返回上一页第9章直流稳压电源9.3滤波器9.4稳压电路9.2整流电路9.1变压器下一页总目录章目录返回上一页本章要求：1.了解变压器的基本结构、工作原理和绕组的同极性端，理解电压、电流和阻抗变换作用;2.理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算;3.了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理;4.了解集成稳压电路的性能及应用。第9章直流稳压电源下一页总目录章目录返回上一页直流稳压电源可分为开关电源和线性电源。开关电源优点：效率高，体积小。缺点：精度低，稳定性差，噪声大；线性电源优点：稳定性好，精度高，噪声小。缺点：效率低，体积大，对于电源稳定性要求不高的一般情况供电和输出大功率电源，可选用开关电源。对于电源精度、噪声要求高的场合，如电压基准源，高精度测量仪器等等，必须选用线性电源。下一页总目录章目录返回上一页第9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总目录章目录返回上一页9.1变压器变压器是一种利用电磁感应传递电能和信号的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。变电压：电力系统变阻抗：电子线路中的阻抗匹配变电流：电流互感器变压器的主要功能有：在能量传输过程中，当输送功率P=UIcos及负载功率因数cos一定时：电能损耗小节省金属材料(经济)UIP=I²RlIS(导线截面积)下一页总目录章目录返回上一页单相变压器变压器的结构变压器的磁路绕组一次绕组二次绕组1u2u1i2iΦ+–+–Z由高导磁硅钢片叠成厚0.35mm或0.5mm铁心变压器的电路一次绕组N1铁心9.1.1变压器的基本结构N2二次绕组一次绕组N1铁心下一页总目录章目录返回上一页变压器的分类电压互感器电流互感器按用途分电力变压器(输配电用)仪用变压器整流变压器按相数分三相变压器单相变压器按制造方式壳式心式变压器符号下一页总目录章目录返回上一页1.电磁关系1u+–1σe+–1e+–11N2N1udd11tΦNe1dd111tiLeσσtΦNedd22i1(i1N1)i1i2(i2N2)2有载时，铁心中主磁通是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。2i2+–e2+–e2+–u2Zdd2tiLeσ2σ29.1.2变压器的原理和作用下一页总目录章目录返回上一页KNNEEUU2121201（匝比）K为变比结论：改变匝数比，就能改变输出电压。+–u21u+–1σe+–1e+–1N2Ni1i2+–e2+–e2式中U20为变压器空载电压。2.电压变换（设加正弦交流电压）下一页总目录章目录返回上一页3.电流变换(一次、二次侧电流关系)+–|Z|2i1u2e1iΦ1e1N2N+–+–+–2uKNNII11221结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。下一页总目录章目录返回上一页4.阻抗变换由图可知：22IUZ11IUZZKIUKKIKUIUZ22222211ZKZ2结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的K2倍。1U2U1I2IZ+–+–1U1I+–Z下一页总目录章目录返回上一页当电流流入(或流出）两个线圈时，若产生的磁通方向相同，则两个流入(或流出）端称为同极性端。••1234•12341.同极性端(同名端)或者说，当铁心中磁通变化时，在两线圈中产生的感应电动势极性相同的两端为同极性端。同极性端用“•”表示。增加?同极性端和绕组的绕向有关。9.1.3变压器绕组的同极性端•下一页总目录章目录返回上一页联接2－3变压器原一次侧有两个额定电压为110V的绕组：2.线圈的接法联接1－3，2－4ii当电源电压为220V时：220V+–110V+–电源电压为110V时：NN1324••NN1324••下一页总目录章目录返回上一页问题：如果两绕组的极性端接错，结果如何？结论：在同极性端不明确时，一定要先测定同极性端再通电。答：有可能烧毁变压器两个线圈中的磁通抵消原因：电流很大uiRuiRe烧毁变压器感应电势0e••1324NNi’+–u下一页总目录章目录返回上一页把两个线圈的任意两端(X-x)连接,然后在AX上加一低电压uAX。axAaAXUUU、、测量：若说明A与x或X与a是同极性端。axAXAaUUU若说明A与a或X与x为同极性端。axAXAaUUU结论：VaAXxV3.同极性端的测定方法AXu+–下一页总目录章目录返回上一页9.2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总目录章目录返回上一页uoOttuDO9.2.1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–++–aDuoubRLioutOU2U2U2下一页总目录章目录返回上一页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)流过每个二级管电流平均值IDoDII(4)每个二级管承受的最高反向电压UDRMUU2DRM(5)变压器副边电流有效值I20oπ1(d0)2π1.57oIitIπ01(d02.5)π04OUtUuoI2sinuUt下一页总目录章目录返回上一页5.整流二极管的选择整流电流平均值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。下一页总目录章目录返回上一页iDTruoab~uRLD例：有一单相整流电路,负载电阻为900,变压器副边电压为20V，试求Uo，Io及UDRM,并选用二极管。解VUUo92045.045.0DLooImARUI109009VUUDRM2.282022查二极管参数，选用2AP4(16mA,50V)。为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。下一页总目录章目录返回上一页9.2.2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下一页总目录章目录返回上一页9.2.2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下一页总目录章目录返回上一页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UDRMDRM2UU(5)变压器副边电流有效值I2m0πo1(sin)d1.11πIIttIπο1dπ0.9OUUut2sinuUt下一页总目录章目录返回上一页(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：下一页总目录章目录返回上一页解：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122V81122220.K变比变压器副边电压U122V，下一页总目录章目录返回上一页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RUII=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可选用二极管2CZ55E，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。下一页总目录章目录返回上一页例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断开，后果如何？如果D2或D4接反，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下一页总目录章目录返回上一页如果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。uo+_~u+_RLD2D4D1D3下一页总目录章目录返回上一页常见的几种整流电路UUoIoUUoIoUUoUIo整流电压平均值t0uot0uot0uo电路整流电压波形UUo45.0UUo9.0UUo9.0二极管平均电流oI2oI2oI二极管反向电压UU41.12UU41.12UU83.222副边电流有效值oI57.1oI79.0oI11.1半波全波桥式下一页总目录章目录返回上一页9.3滤波电路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)。下一页总目录章目录返回上一页9.3.1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=uuuC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–++–aDuoubRLio3.工作波形二极管承受的最高反向电压为UU22DRMuo2UU2utOtOD截止D导通下一页总目录章目录返回上一页4.电容滤波电路的特点(1)输出电压的脉动程度以及平均值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，O2UU为了得到比较平直的输出电压，一般选取：2)5~3(TCRL1(10~15)LRC或下一页总目录章目录返回上一页(2)外特性曲线0.45U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tO有电容滤波无电容滤波UooIO2U二极管承受的最高反向电压为UU22DRM结论:(半波，全波)DRM2UU(桥式)下一页总目录章目录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=20V，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