第 6章 直流电源返回前一页 后一页
6.2 晶闸管和可控整流电路要 求:
1、掌握单相整流、滤波、稳压电路的工作原理及参数的计算。
2、了解集成稳压电路的性能及应用。
6.1 直流稳压电源第 6章 直流稳压电源返回前一页 后一页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
u1 u2 u4u3 uo
交流电源变压 整流 滤波 稳压负载
6.1 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前一页 后一页返回

aT D
uou
b
RL
io
+ +

6.1.1 单相半波整流电路
2,工作原理
u正半周,Va>Vb,
二极管 D 导通;
3、工作波形
uo
t?
t?u
D
u
t?
U2
U2
U2?
前一页 后一页
u负半周,Va<Vb,
二极管 D 截止 。
1,电路结构返回
4,参数计算:
1)整流电压平均值 Uo
Utts i nUU o 0,4 5) d( 2
2
1
0

2)整流电流平均值 Io
LL
o
o R
U.
R
UI 450
3)流过每管电流平均值 ID
L
oD R
U.II 450
4)每管承受的最高反向电压 UDRM UU
D R M 2?
UU o 0,4 5?
前一页 后一页返回
5)变压器副边电流有效值 I
om I.tts i nII 571 d) (2
1
0
2
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
前一页 后一页返回
.
..
,RL
u


io
uo
1
23
4a
b
+

+

6.1.2 单相桥式整流电路
2、工作原理
u正半周,Va>Vb,
二极管 D1,D3 导通,
D2,D4 截止 。
3、工作波形
uo
t?
t?u
D
uD2
uD4
U2?
前一页 后一页
u
t?
U2
U2
+

+

1,电路结构返回
.
..
,RL
u


io
uo
1
23
4a
b
+

+

3、工作波形
2、工作原理
6.1.2 单相桥式整流电路
1、电路结构
u 正半周,Va>Vb,二极管 1,3 导通,2,4 截止 。
u 负半周,Va<Vb,二极管 2,4 导通,1,3 截止 。
uo
t?
t?u
D
uD2
uD4
uD1
uD3
前一页 后一页
EDA
U2?
u
t?
U2
U2
+

+

返回
4、参数计算:
1)整流电压平均值 Uo
Utts i nUU o 0,9) d( 21
0

2)整流电流平均值 Io
LL
o
o R
U.
R
UI 90
3)流过每管电流平均值 ID
L
oD R
U.II 450
2
1
4)每管承受的最高反向电压 UDRM UU
D R M 2?
UU o 0,9?
前一页 后一页返回
5)变压器副边电流有效值 I
om I.tts i nII 111 d) (2
1 2
0
2
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
前一页 后一页返回
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。
前一页 后一页目前,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:
跳转 返回前一页 后一页解:变压器副边电压有效值例:单相桥式整流电路,已知交流电网电压为 220 V,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。
V 1 1 1
90
1 0 0
90

..
UU o
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? 122 V 81
122
220,K变比返回前一页 后一页解:整流电流的平均值 A2
50
110
L
o
o R
UI
I = 1.11 Io= 2? 1.11 = 2,2 A
变压器副边电流有效值变压器容量 S = U I = 122? 2.2 = 207,8 V A
流过每只二极管电流平均值
A12
2
1
2
1
oD II
返回每只二极管承受的最高反向电压
V 1 7 21 2 222 UU D R M
6.2 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 )。
前一页 后一页返回
.
..
,RL
u


io
uo
1
23
4a
b
+ +
– –
9.2.1 电容滤波电路
1,电路结构
2,工作原理
.
.
+ C
ic
i
|u| >uc 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。
|u| <uc 时,二极管截止,电容通过负载 RL 放电,uc按指数规律下降。
前一页 后一页
uc+

返回
3、工作波形 u
t
uo
t
无滤波时的输出波形有滤波时的输出波形
|u| >uc 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。
|u| <uc 时,二极管截止,电容通过负载 RL 放电,
uc按指数规律下降。
流过二极管的电流波形二极管导通时间缩短,流过二极管的电流为脉冲电流前一页 后一页返回
4、电容滤波电路的特点
2
5)(3 TCRτ L一般取 (T,电源电压的周期 )
(1) 输出电压的波形与平均值 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,Uo = 1,2 U ( 桥式、全波)
Uo = 1,0 U ( 半波)
前一页 后一页负载 RL开路时,UO =?
返回
( 2)、输出特性 (外特性 )
有电容 滤波1.4U
无电容滤波
0.9U
Uo
o
Io
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) 流过二极管的瞬时电流很大故选管时一般取:
2
3)~(23)~(2 oDOM III
前一页 后一页
RLC 越大?U o 越高,Io越大?整流管导通时间越短? iD 的峰值电流越大。
返回
6.2.2 电感滤波电感滤波电路
1、电路结构,在整流电路与负载间串入一电感 L 就构成了电感滤波电路。
前一页 后一页
L
u R
L uo
+ +
– –
返回
2、滤波原理,
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 L上。 因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。
当忽略电感线圈的直流电阻时,输出平均电压约为,U0 = 0.9U
前一页 后一页L
u R
L uo
+ +
– –
返回
3、电感滤波的特点,
整流管导通角较大,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。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。
前一页 后一页L
u R
L uo
+ +
– –
返回举例:
4
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?
ui u
o
+
_
+
_
u+_
RL
D2
D4
D1
D3
返回前一页 后一页解,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,两端有电压 uo=u;
负半周时,D1和 D3截止,负载中无电流通 过,
两端无电压,u0 = 0。 波形如图所示。
ui u
o
+
_
+
_
u+_
RL
D2
D4
D1
D3 uo
u
π 2π 3π 4π t
t?
π 2π 3π 4π
返回前一页 后一页如果 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。
4
ui u
o
+
_
+
_
u+_
RL
D2
D4
D1
D3
返回前一页 后一页
ui u
o
+
_
+
_
u+_
RL
D2
D4
D1
D3
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。
返回前一页 后一页
6.3 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。
它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。
返回前一页 后一页其中稳压管稳压电路最简单,但是带负载能力差,一般只提供基准电压,不作为电源使用。开关型稳压电源效率较高,目前用的也比较多,但因学时有限,这里不做介绍。
6.3 稳压电路常用稳压电路
(小功率设备 )
稳压管稳压电路线性稳压电路开关型稳压电路返回前一页 后一页
6.3.1 稳压管稳压电路
2,工作原理
Uo = Uz IR = Io + Iz U
I
UZ
RL?(Io?)? IR?
设 UI一定,负载 RL变化
+

UI
Uo 基本不变? IR (IRR) 基本不变限流调压
Uo (Uz ) IZ?
..。
RL
.
+C..
.
Io
Uo
1
23
4
+
–。
+

ui
IR
.
.R
Dz
Iz
1,电路稳压电路返回前一页 后一页
6.3.1 稳压管稳压电路
2,工作原理
Uo = Uz IR = Io + Iz U
I
UZ
+

UI
..。
RL
.
+C..
.
Io
Uo
1
23
4
+
–。
+

ui
IR
.
.R
Dz
Iz
1,电路
UIUo (Uz ) IZ IR?
设负载 RL一定,UI 变化
Uo 基本不变? IRR?
返回前一页 后一页
m a xzm i no
oaxIm II
R
UU
3,参数的选择
( 1) UZ = Uo
( 2) Izmax?( 1.5 ~ 3) Iomax
( 3) UI =( 2 ~ 3) Uo
( 4) R
II
U
oZ
oax?
m i nm a x
Im
m a x
Im
oZ
oin
II
UU

为保证稳压管安全工作
zo
oin II
R
UU

m a x
Im
为保证稳压管正常工作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。
为保证稳压管正常工作返回前一页 后一页
6.3.2 集成稳压器单片集成稳压器,具有体积小,可靠性高,
使用灵活,价格低廉等优点。
最简单的集成稳压器只有输入,输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。
返回前一页 后一页
1,分类正稳压
W 7 8 X X
负稳压
W 7 9 X X
固定式
1,25 ~3 7V
连续可调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 )。
输出电压额定值有,
5V,6V,9V,12V,15V,18V,24V等 。
返回前一页 后一页
2,外形及引脚功能
W7800系列稳压器外形
1—输入端
3 — 公共端
2 — 输出端
W7900系列稳压器外形
1 — 公共端
3—输入端
2 — 输出端塑料封装返回前一页 后一页
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%
返回前一页 后一页
4,主要参数
1) 电压调整率 SU(稳压系数)
反映当负载电流和环境温度不变时,电网电压波动对稳压电路的影响。
0
0 1 00

T
I
I
oo
U o% U
U US
Δ
Δ
0.005~0.02%
返回前一页 后一页
4,主要参数
2) 电流调整率 SI
反映当输入电压和环境温度不变时,输出电流变化时输出电压保持稳定的能力,即稳压电路的带负载能力。
0
0 %100
T
U
o
o
I IU
US

Δ
Δ
Δ 0.1~1.0%
返回前一页 后一页
3) 最小输入 -输出电压差 (UI -Uo ) min
4) 最大输入电压 UImax
5) 最大输出电流 Iomax
6) 最大功耗 PM
m a xIm )( OOaxM IUUP
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
W7800系列稳压器基本接线图输入与输出端之间的电压不得低于 3V!
5.三端固定输出集成稳压器的应用
Co
W7805
CiUI
+
_
+
_
Uo
1 2
3
0.1~1?F 1?F
返回前一页 后一页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。
为在负载电流瞬间增减时,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。
Co
W78XX
CiUI
+
_
+
_
Uo
1 2
3 UXX
UZ
R
DZ
UXX,为 W78XX固定输出电压
Uo=UXX+UZ
2) 提高输出电压的电路返回前一页 后一页同时输出正、负电压电路
3) 同时输出正、负电压的电路
W7815
Ci
UI
+
_
Uo1 2
3
+
_
Ci
W7915
1
2
Co
Co
3 Uo
返回前一页 后一页
Co
CW117
CiUI
+
_
+
_
Uo
3 2
1Adj R1
R2
6.三端可调输出集成稳压器的应用
240?
1μF0.1μF
)V1(251
1
2
R
R
.U O
流过调整端电流 <100 μA,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
-基准电压返回前一页 后一页作业
9-1,9-2,9-4,9-5