直流稳压电源教学.PPT

第十章 直流稳压电源,直流稳压电源的方框图,电网电压,电源 变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路,负载,整流：将交流变为直流的过程。,滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。,10-1 直流稳压电源的组成,102 整流电路,一、单相半波整流电路,i D,电路如图：设变压器副边电压为,整流电路: 将交流电压变换为单向脉动电压的电路。整流元件是具有单向导电能力的二极管或晶闸管。,根据二极管的单向导电性，在二极管加正向电压时导通，负载两端有输出电压；而在加反向电压时二极管截止，负载得不到输出电压。负载的电压波形及电流波形见右下曲线图。,二极管只在半个周期能够导电，而负载上得到的电压是单一方向，大小随时间而变的(单向脉动电压)。,对这种整流的输出电压，常用一个周期的平均值来表示它的大小。其平均值为,整流电压的平均值,如果电路负载已知，则整流输出电流的平均值为,二极管所承受的最大反向电压：,例,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,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。,二、单相桥式整流电路,单相半波整流电路只利用了电源的半个周期，并且整流电压的脉动较大。为此常采用全波整流电路，最常见的就是单相桥式整流电路。,桥式整流电路的工作情况,在变压器副边电压u为正半周时，二极管D1、D3导通，而二极管D2、D4截止；,当副边电压u为负半周时，二极管D2、D4导通，而二极管D1、D3截止。,单相桥式整流电路的输出电压：,负载电阻中通过的输出电流：,每只二极管中通过的电流仅为输出电流一半：,每只二极管承受的最高反向电压：,常见的几种整流电路,整流电压平均值,电 路,整流电压波形,二极管平均电流,二极管反向电压,103 滤波电路,整流电路仅将交流电转换成单向脉动的直流电压。这种电压对许多电子设备远达不到要求，往往再加接滤波器以改善电压的脉动程度。,一、电容滤波器(C滤波器),t,0,u,t,0,u,D截止,D导通,D导通,D截止,D导通,电容滤波器的作用,电容滤波器输出电压的脉动程度有所改善，但带负载能力较差。,在负载不同的情况下，取用输出电流Io愈大输出平均电压Uo愈小。其外特性曲线如右图：,采用电容滤波时，输出电压 的脉动程度与电容器的放电时间常数RLC有关，其值愈大则脉动程度就愈小。一般认为,或,即可达到要求，此时输出电压Uo由下式估算：,(半波),(全波),电容滤波电路中元件的选择：,由于二极管的导通时间较短，因此通过二极管的的电流峰值较大，应避免电流冲击损坏二极管；,由于滤波电容保持有电压输出，应注意二极管截止时所承受的最高反向电压UDRM有所不同，带电容滤波的半波整流电路,带电容滤波的桥式整流电路UDRM不变；,常用电容器一般在101103微法，视负载电流大小而定。其耐压值应大于输出电压的最大值，一般大容量电容具有极性。,二、电感电容滤波器(LC滤波器),要进一步减小输出电压的脉动程度，可在滤波电容之前串入铁心电感线圈L即LC滤波器。,电感电容滤波电路,由于电感线圈对整流电流的交流分量具有阻抗，L比RL大得愈多则滤波效果就愈好。,一般需要线圈的电感量较大，但其直流电阻也较大，因而会造成输出电压的下降。,LC滤波器适于电流较大、输出电压脉动很小的场合，更适合于高频滤波。,三、形滤波器,形LC滤波电路,如果需要输出电压的脉动更小，可以再加一个滤波电容。 形LC滤波器的效果更好，但整流二极管的冲击电流较大。,由于线圈体大且重，有些情况可用电阻代替电感线圈以构成 形RC滤波器。R愈大滤波效果愈好，但将使输出电压下降，所以适用于负载电流较小、电压脉动很小的场合。,形RC滤波电路,实际电源举例,如图电源输出电压为24V，电流为1.8A。变压器副绕组N3的电压约为20V，C2起抑制高频干扰作用；副绕组N2的电压为5.5V，供照明指示灯用。 直流24V电池的极性可任意接入。,10 4 线性稳压电路,经整流和滤波后，虽脉动程度有了较大改善，但直流电压幅度还会随着电网的波动或负载的变化而变化。,最简单的直流稳压电源是利用稳压管组成的。 如图采用桥式整流和电容滤波，得到直流电压Ui，再经过限流电阻R和稳压管DZ ，使负载得到一个比较稳定的直流电压。,稳压管稳压电路,10-4-1 并联型稳压电路,稳压管稳压电路,电压的稳定过程,选择稳压管一般规律： UZ=Uo IZmax=(15)Iomax Ui=(23)Uo,u Ui Uo IZ UR 保持负载电压Uo近似不变。,当电源电压升高时,当负载增加时,Io UR Uo IZ UR 保持负载电压Uo近似不变。,稳压管稳压电路结构虽简单，但稳压效果不够理想，一般只适用于负载较小的情况。为提高稳压效果常采用带放大环节的串联型晶体管稳压电路。,变 压,整 流,滤 波,调整环节,基准电压,采样环节,放大环节,利用变压器将电网电压变换成所需幅度的交流电压； 桥式整流电路将交流电变成直流电； 电容式滤波使直流电的脉动成分进一步减小。,采样环节： 由R1、R2及Rp组成的电阻分压器，将输出电压的一部分 送到放大环节。电位器可调节输出电压。,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。,10-4-2 串联型稳压电路,1. 分立元件稳压电路,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。 R4是其负载电阻。,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。,串联型稳压电源自动调节电压过程：,Uo UBE2 IB2 IC2 UCE2 ,Uo UCE1 IC1 IB1 UBE1 ,从调整过程看，串联型稳压电源是一种串联电压负反馈电路。,用运算放大器做比较放大环节的串联型稳压电源：,稳压电源的应用场合相当广泛，但分立件串联型稳压电源及由运放构成的稳压电源结构比较复杂，还要注意加接保护电路。因此，单片集成稳压电源应运而生并且得到广泛应用。基本可以做到免调试，且体积小、可靠性高、使用灵活、价格低廉。,一、简单的集成稳压电源,2. 集成稳压器,二、单片集成稳压电源,目前最普遍应用的单片稳压电源是W7800系列和W7900系列。其内部电路是在串联型晶体管稳压电路的基础上构成的。只有三个引出端：输入端1、输出端 2 和公共端 3 (俗称三端集成稳压器)。,1. 外形图和主要参数,2. 典型应用电路,W7800系列为正电源输出，典型应用只需在输入端和输出端与地之间各并联一个电容即可。前者抵消较长输入线的电感效应，防止产生自激振荡。后者用于吸收负载突变所产生的电压抖动杂波。 W7900系列为负电压输出，除功能电极位置有差异外与W7800系列的应用电路一致。,3. 正负电源的实用电路,4. 三端稳压器的扩展应用电路,提高输出电压的应用电路,输出电压为,扩大输出电流的电路,一般I3很小，则,I3,Io=Ic+I2,5. 基本应用电路2,若输出电压较高，接一保护二极管 D，以保护集 成稳压器内部的调整管。,三端集成稳压器基本应用电路,10 5 开关型稳压电路,随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电 路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低（只有40%50%）、体积大