电工电子技术课程课件-第06章

第6章直流稳压电源电工电子学(Ⅱ)教学基本要求•了解直流稳压电源的基本组成及工作原理。•了解组成直流稳压电源的整流电路、滤波电路及稳压电路的工作原理•了解稳压管稳压电路的工作原理及特点•了解串联型稳压电源的组成、工作原理与特点•了解线性集成稳压电源的工作原理•一般了解开关型稳压电源的工作原理与特点•本章讲授：3学时自学12学时电工电子学(Ⅱ)主要内容•直流稳压电源的组成•整流滤波电路•稳压电路与稳压电源•本章小结电工电子学(Ⅱ)直流稳压电源的组成•组成框图与各部分的作用整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo电工电子学(Ⅱ)直流稳压电源的组成•半导体直流电源的原理方框图交流电源负载变压整流滤波稳压ututututut电工电子学(Ⅱ)整流电路•单相半波整流电路u1u2aTbDRLuou20时，二极管导通。uo=u2bu1u2aTDRLuoiL=0u20时，二极管截止。uo=0iL电工电子学(Ⅱ)整流电路•参数计算bu1u2aTDRLuo(4)输出电压平均值:(1)输出电压波形：iLπ2022450π2dπ21U.UtuUoo(3)最高电压：22UUDRM(2)平均电流:ID=ILtuotu1U0电工电子学(Ⅱ)iDTrRab~uuoD整流电路例1：有一单相整流电路,负载电阻为750,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mARUILoo127509VUUDRM2.282022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。电工电子学(Ⅱ)整流电路•单相全波整流电路u1u2aTbD1RLuoD2u2iL(4)uo平均值：Uo=0.9U2(1)输出电压波形：(3)二极管上承受的最高电压222UUDRM(2)二极管上的平均电流：LDII21tu1tuo电工电子学(Ⅱ)整流电路•单相桥式整流电路~RLuo~RLuuoa~TrRLbuuo~RLuuo电工电子学(Ⅱ)整流电路•单相桥式整流电路+-u2正半周时电流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo电工电子学(Ⅱ)整流电路•单相桥式整流电路u1u2TD4D2D1D3RLuo-+u2负半周时电流通路电工电子学(Ⅱ)整流电路•单相桥式整流电路u2ttuD4,uD2uD3,uD1tuou2D4D2D1D3RLuoABu20时D1,D3导通D2,D4截止AD1RLD3Bu20时D2,D4导通D1,D3截止BD2RLD4A输出是脉动的直流电压！电工电子学(Ⅱ)Uo整流电路•单相桥式整流电路u2D4D2D1D3RLuoABt0uU2TUUtdtUUo9.022)(sin210(2)二极管上承受的最高反向电压22UUDRM(1)二极管上的平均电流LDII21(3)uo平均值：iLiLiD电工电子学(Ⅱ)整流电路1.整流输出电压平均值（Uo）负载上的(平均)电流IL:LLRUI0S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1m与平均值Uo之比2.脉动系数Ｓ67032πU22π324221.UUUSomo电工电子学(Ⅱ)整流电路3.整流二极管的平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)LoDRU.II24502122UUDRM电工电子学(Ⅱ)整流电路——常见的几种整流电路UUoIoUUoIoUUoUIot0uot0uot0uoU.Uo450UUo9.0UUo9.0oI2oI2oIUU41.12UU41.12UU83.222oI57.1oI79.0oI11.1电工电子学(Ⅱ)整流电路•几种常见的硅整流桥外形：+AC-~+~-~+-~电工电子学(Ⅱ)电容滤波电路•滤波原理桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–1.RL未接入时(忽略整流电路内阻)电工电子学(Ⅱ)电容滤波电路•RL未接入时(忽略整流电路内阻)u2tuot设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束没有电容时的输出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–电工电子学(Ⅱ)电容滤波电路RL接入（且RLC较大）时(忽略整流电路内阻)u2tuot电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–电工电子学(Ⅱ)电容滤波电路u2tuotau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–只有整流电路输出电压大于uo时，才有充电电流iD。因此整流电路的输出电流是脉冲波。整流电路的输出电流iD电工电子学(Ⅱ)电容滤波电路•电容滤波电路的特点一般取2)53(TCRτLd(T:电源电压的周期)近似估算:Uo=1.2U2。(2)流过二极管瞬时电流很大。RLC越大Uo越高负载电流的平均值越大;整流管导电时间越短iD的峰值电流越大故一般选管时，取LoLDFRU~I~I21)32(2)32((1)输出电压Uo与放电时间常数RLC有关。RLC愈大电容器放电愈慢Uo(平均值)愈大电工电子学(Ⅱ)电容滤波电路•电容滤波电路的特点输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,Uo和S也随之改变。如:RL愈小(IL越大),Uo下降多,S增大。结论：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。(3)输出特性(外特性)uo电容滤波纯电阻负载1.4U20.9U20IL电工电子学(Ⅱ)电容滤波电路•例：单相桥式整流滤波电路，交流电源频率f=50Hz，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。uRLuo++––~+CV352522DRMUUA075020030212121LOOD.RUII解：1.选择整流二极管25V1.23021O.UU可选用二极管2CP11IOM=100mAUDRM=50V电工电子学(Ⅱ)电容滤波电路•2.选择滤波电容器取RLC=5T/2已知RL=50S05.025015LCRF250F102502000.050506LR.C可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器uRLuo++––~+C电工电子学(Ⅱ)电感滤波电路•电路结构: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。电感滤波电路u2u1RLLuo电工电子学(Ⅱ)其他形式的滤波电路•改善滤波特性的方法：采取多级滤波。L-C型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。RC–型滤波电路：在电容滤波后再接一级RC滤波电路。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。LC–型滤波电路：在电容滤波后面再接L-C型滤波电路。电工电子学(Ⅱ)稳压电路与稳压电源•分类稳压管稳压电路开关型稳压电路线性稳压电路常用稳压电路(小功率设备)以下主要讨论线性稳压电路。电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。电工电子学(Ⅱ)稳压管及其稳压电路•稳压管uDiD0UBR电工电子学(Ⅱ)稳压管及其稳压电路1、稳压二极管的电路符号DZ+-uzizDZ+-uziz2、稳压二极管的特性izuz0UZ1）PN结易于击穿（击穿电压比普通二极管低很多）。2）PN结面积大，散热条件好，使反向击穿是可逆的。特点电工电子学(Ⅱ)稳压管及其稳压电路•稳压二极管的主要参数izuz0UZIZIZM△UZ△IZ1）稳定电压UZ2）稳定电流IZ（保证稳压管稳压性能的最小工作电流）。3）最大稳定电流IZM4）最大允许耗散功率PZM5）动态电阻6）电压温度系数UZMZzmIUP稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。zzZIUr动态电阻越小稳压管稳压效果越好稳压管受温度变化的影响系数。DZ+-uziz电工电子学(Ⅱ)稳压管及其稳压电路•稳压电路构成1）电源电压波动000()()iiZiUUUUIRIIIRUUIR2）负载变化00()LZiIUIIRUUIR电工电子学(Ⅱ)稳压管及其稳压电路•工作过程与参数选取maxzminziiZMLmZLMUUUURIIIIR承受的最大可能电压R承受的最小可能电压R允许流过的最大电流R必须流过的最小电流如果负载电流的变化范围为ILm~ILM，电源电压波动使滤波输出电压Ui的变化范围为Uimin~Uimax电工电子学(Ⅱ)串联反馈式稳压电路•电路结构的一般形式负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大（1+）倍。TUORL+–+–UZUIiRiZiLUo=UZ-UBE。但带负载的能力比稳压管强。BZRii,i0(1)LEBiii1.串联式直流稳压电路的基本形式电工电子学(Ⅱ)串联反馈式稳压电路•电路结构的一般形式TUORL+–+–UZUIiRiZiL1.串联式直流稳压电路的基本形式两个主要缺点：(1)稳压效果不好。Uo=UZ–UBE(2)输出电压不可调。改进的方法：在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。电工电子学(Ⅱ)串联反馈式稳压电路2.具有放大环节的串联型稳压电路RLUODZC~R1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io变压整流滤波电工电子学(Ⅱ)串联反馈式稳压电路2.具有放大环节的串联型稳压电路RLUODZC~R1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io采样环节opfURRRRRU21'22'2'1RRRp采样环节：R1、R2及Rp组成，将输出电压的一部分送到放大环节。电工电子学(Ⅱ)串联反馈式稳压电路2.具有放大环节的串联型稳压电路RLUODZC~R1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io采样环节放大环节放大环节：由晶体管T2构成的直流放大电路,其输入电压是采样电压与基准电压之差,放大后控制调整管.电工电子学(Ⅱ)串联反馈式稳压电路2.具有放大环节的串联型稳压电路RLUODZC~R1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io基准电压采样环节放大环节基准电压：由稳压管DZ和R3构成，稳压管两端的直流电压UZ是稳定性较高的直流电压。作为调整和比较的标准。电工电子学(Ⅱ)串联反馈式稳压电路2.具有放大环节的串联型稳压电路RLUODZC~R1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io调整环节基准电压采样环节放大环节调整环节：由工作于放大状态的功率管T1构成.其基极电流受放大环节控制,并由射极输出直流电压。电工电子学(Ⅱ)串联反馈式稳压电路串联型稳压电源自动调节电压过程：RLUODZC~R1UZR2R1R2UfR4R3T1T2IoUo↑→UBE2↑→IB2↑→IC2↑→UCE2↓Uo↓←UCE1↑←IC1↓←IB1↓←UBE1↓串联型稳压电源属于串联电压负反馈电路电工电子学(Ⅱ)串联反馈式稳压电路输出电压的确定和调节范围RLUODZC~R1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io22221BEZpOUURRRRRU2221minBEZppOUURRRRRU2221maxBEZpOUURRRRU电工电子学(Ⅱ)串联反馈式稳压电路影响稳压特性的主要因素RLUODZC~R1UZR2R1R2UfR4R3T1T2Io2.流过稳压管的电压随UI波动，使UZ不稳定，降低了稳压精度。1.电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：UIVC2Uo3.温度变化时，T2组成的放大电路产生零点漂移，使输出电压的稳定度变差。电工电子学(Ⅱ)串联反馈式稳压电路改进措施在运放理想条件下:ZZoUFURRU1)1(211.选用差动放大器或运放构成的放大器代替T2管构成的放大器，可以解决零点漂移的问题。UITR1R2UFRLUoAV+-RPRUZ电工电子学(Ⅱ)线性集成稳压电源简单的集成稳压电源RLUODZRFUZR2+UR++–R1RLUODZRFUZR2+UR++–R1ZFoURRU1ZFoURRU)1(1