模电课件第八章直流电源.ppt

第八章 直流电源,8.2 滤波电路,8.3 串联型稳压电路,8.1 单相整流电路,8.4 集成稳压器,2,8.1 单相整流电路,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,3,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,4,8.1.1 单相半波整流电路,u20时，二极管导通。,二极管导通,忽略二极管正向压降： u0=u2,5,8.1.1 单相半波整流电路,u20时，二极管截止,输出电流为0。,二极管截止,u0=0,6,输出电压波形与大小,输出电压平均值（U0）：,输出电压波形：,7,输出电压波形与大小,二极管上承受的最高电压：,二极管上的平均电流：,ID=I0,输出电压波形：,8,8.1.2 单相桥式整流电路,桥式整流电路,u2正半周时电流通路,1、工作原理,9,桥式整流电路,u0,u2负半周时电流通路,10,u20 时,D1,D3导通 D2,D4截止 电流通路: 由+ 经D1 RLD3 -,u20 时,D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路: 由- 经D2 RLD4 +,输出是脉动的直流电压！,桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,11,2、负载上的直流电压UL和直流电流IL的计算,负载电压 UL的平均值为:,负载上的(平均)电流:,12,3、整流元件的选择,平均电流(ID)与反向峰值电压(URM)是选择二极管的主要依据。,例如， 在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。,二极管截止时两端承受的最大反向电压：,13,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因击穿短路，后果又如何？,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，负载中有电流通过，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。,14,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。,15,例：有一直流负载，要求电压为27V,电流为90A。采用单相桥式整流电路，试选用所需的整流元件。,解：根据给定条件，整流元件所通过的电流,整流元件所承受的最大反向电压,因此，选用的整流元件必须是额定电流IF45A, 最高反向工作电压URM42V.,16,8.2 滤波电路,整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相距甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。,8.2.1 电容滤波 8.2.2 电感滤波,17,8.2.1 电容滤波,利用电容器两端的电压不能突变的特点，将电容器与负载电阻并联，以达到使输出波形平滑的目的。,从能量的观点看，由于电抗元件有储能的作用，并联的电容器C在电源电压升高时，把部分能量存储起来；而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压平滑。,（1）电容滤波电路,18,(2)滤波原理,负载RL未接入：,ui0，经D1、3向C充电； ui0，经D2、4向C充电；,充电=RintC很小，电容很快充到u2最大值。,负载RL接入：,u2uC，D受反向电压截止，C经RL放电，因放电=RLC一般较大，故uC按指数规律缓慢下降。,u2uC，D导通，C经D充电，因充电较小，故uC按指数规律快速上升。,如此周而复始地进行充放电，形成一个近似锯齿波的电压，使负载电压的纹波成分大为减少。,19,结论1,结论2 滤波电路中二极管的导电角180,导电时间缩短。 因此，在短暂的导电时间内流过二极管很大的冲击电流，这对管子是不利的，必须选择较大容量的二极管。,由于电容的储能作用，使得输出波形比较平滑，脉动成分降低输出电压的平均值增大。,演示,20,结论3 放电=RLC越大,放电过程越慢，输出电压中脉动（纹波）成分越少，滤波效果越好。一般取： 放电（35）T/2， T为电源交流电压的周期。,当L很大，即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，所以电容滤波适合输出电流较小的场合,放电增大t2点要右移， t3点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3。,21,整流滤波电路中，输出直流电压Uo随负载电流 Io的变化关系曲线称外特性。,（3）外特性,输出直流电压Uo随负载电流 Io增加而减小。,C值一定，当RL=（空载）时，,当C=0 （无电容） 时，,当整流电路内阻不大（几欧）且放电时间常数满足,22,8.2.2 电感滤波,（1）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XL上。因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。,U0=0.9U2,当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：,23,（2）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。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。,24,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,变压器副边电压的有效值,解：1. 选择整流二极管,可选用二极管,IOM =100mA UDRM =50V,25,取 RLC = 5 T/2,已知RL = 200,2. 选择滤波电容器,可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器,26,8.3 串联反馈稳压电路,UI的变化由UCE调节，因此三极管被称为调整管。,因为Iz=IR+IB，有|Iz|=|IB|。只要Iz在稳压管的正常范围内，Uz就基本保持不变。,1、串联型稳压电路,Uo=UzUBE,1）当电网电压UI波动时,Uo基本不变。,2）当RL变化引起输出电流的变化时 由于UR = UI Uz 不变，故流过R的电流不变。,演示,27,输出电流的变化可扩大为（1+）Iz 。 由于三极管与负载是串联的关系此电路称为串联型稳压电路。,为了改进稳压性能和使输出电压可随意调节，可 1）引入深负电压反馈使输出电阻很小，以稳定输出电压； 2）引入可随意调节放大倍数的放大器以改变输出电压。,上述电路稳压值是固定的，使用不方便。 需要向稳压性能好和输出电压可随意调节方向改进。 想一想，该怎么做?,28,2、串联反馈式稳压电路,1）电路组成和工作原理,组成： 采样电路 基准电压和放大电路 调整管,29,稳压过程,UI或Io ,Uo,UF,Uid,UB,IC,UCE,Uo,串联反馈式稳压电路的稳压过程，实质上是通过电压负反馈使输出电压保持基本稳定的过程。,30,2）输出电压的调节范围,Uo的调节通过采样电路R2的滑动端位置来实现。,深度负反馈下，,注意： 调整管T的调整作用是靠UF和UREF的偏差来实现的，该系统为闭环有差调整系统。 基准电压直接影响稳压电源的性能。,31,3) 稳压电路的保护环节,在串联型稳压电路中，调整管与负载串联，故 ICIL 当输出电流过大或输出短路时，调整管会因为电流过大而使管耗过大而损坏。因此，有必要对调整管加以保护。,利用集成电路制造工艺，在调整管旁制作PN结温度传感器。当温度超标时，启动保护电路工作，工作原理与反馈保护型相同。,32,电阻R 检测调整管的电流，当电流在额定范围内时UR不足以使T2导通；而当电流超过额定值后，T2导通，将T1的基极电流分走一部分，削弱了负反馈作用。,限流型保护电路,调整管,当调整管电流超过一定限度时，对它的基极电流进行分流，以限制调整管的发射极电流不至于太大。,从这电路的外特性曲线可知，即使在输出短路的情况下电流也不会太大。,33,1）当正常工作时，T2处于截止状态，即： 若UIUoU+Ub1 IC（Io）Uo 2）当Io超过额定值时，保护管T2导通： 引起U+上升，稳压管因端电压下降而截止，切断了负反馈回路。 U+上升引起的一系列变化如下： U+Ub1Uc1（Uo） Ub2 Ic2U+ 这样最终导致Uo接近于零，实现了截流作用。,截流型保护电路,34,8.4 集成稳压器,单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。 最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端固定式集成稳压器。,1. 分类,XX两位数字为输出电压值,（1. 25 37 V 连续可调）,35,2. 外形及引脚功能,W7800系列稳压器外形,W7900系列稳压器外形,塑料封装,36,3. 性能特点（7800、7900系列）,输出电流超过 1. 5 A（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%,输出电压额定值有: 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等 。,37,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,输入与输出之间的电压差取35V！,4. 三端固定输出集成稳压器的应用,0.10.33F,1F,