电路和电子技术第4章电源技术.ppt

电工教研室,北京理工大学信息科学技术学院,结构示意图,5.5.1绝缘栅场效应管的基本结构,5.5绝缘栅型场效应管,1.N沟道增强型,场效应管分为增强型和耗尽型，导电沟道分为P沟道和N沟道。N沟道载流子为电子，P沟道载流子为空穴。,结构示意图,5.5.1绝缘栅场效应管的基本结构,5.5绝缘栅型场效应管,2.P沟道增强型,结构示意图,P型硅衬底,源极S,漏极D,栅极G,衬底引线B,耗尽层,3.N沟道耗尽型,N+,N+,SiO2,制造时,在二氧化硅绝缘层中掺入大量的正离子，形成原始导电沟道。,P沟道耗尽型,N沟道耗尽型,结构示意图,耗尽层,S,G,D,UDS,ID=0,D与S之间是两个PN结反向串联，无论D与S之间加什么极性的电压，总有一个PN结是反向偏置，漏极电流均接近于零。,5.5.2场效应管的工作原理,(1)UGS=0,1.增强型NMOS管,P型硅衬底,N,+,+,B,S,G,D,。,耗尽层,ID=0,(2)0UGSUGS(th),N+,N+,UGS,1.增强型NMOS管,通过控制UGS来控制导电沟道的宽度，从而控制电流ID。,N型硅衬底,N,+,+,B,S,G,D,。,耗尽层,PMOS管结构示意图,P沟道,PMOS管与NMOS管互为对偶关系，使用时UGS、UDS的极性也与NMOS管相反。,P+,P+,UGS,UDS,ID,2.增强型PMOS管,3.耗尽型绝缘栅场效应管,夹断电压UGS(off)为正值，UGS0时，导电沟道变宽；UGS0时导电沟道变窄。为了使UGS能从ID=0开始控制ID的大小，应使UGSUGS(off)时管子导通，夹断电压UGS(off)为负值。,对于耗尽型PMOS管：,4,3,2,1,0,5,10,15,UGS=5V,6V,4V,3V,2V,ID/mA,UDS=10V,增强型NMOS管的特性曲线,0,1,2,3,2,4,6,UGS/V,5.5.3场效应管的特性曲线,UGs(th),输出特性,转移特性,UDS/V,ID/mA,（1）可变电阻区：UGS不变，ID与UDS成正比，漏源之间相当于一个受UGS电压控制的可变电阻。,夹断区,4,3,2,1,0,5,10,15,UGS=5V,6V,4V,3V,2V,ID/mA,UDS=10V,增强型NMOS管的特性曲线,0,1,2,3,2,4,6,UGS/V,UGs(th),输出特性,转移特性,UDS/V,ID/mA,（2）饱和区（放大区）：UDS大于一定值，ID几乎不随UDS变化，ID受UGS的控制。相当于电压控制电流源。,夹断区,4,3,2,1,0,5,10,15,UGS=5V,6V,4V,3V,2V,ID/mA,UDS=10V,增强型NMOS管的特性曲线,0,1,2,3,2,4,6,UGS/V,UGs(th),输出特性,转移特性,UDS/V,ID/mA,（3）击穿区：UDS过大，ID急剧增加。,夹断区,（4）夹断区：UGSUGS(th)，场效应管截止，ID=0,4,3,2,1,0,5,10,15,UGS=5V,6V,4V,3V,2V,ID/mA,UDS=10V,增强型NMOS管的特性曲线,0,1,2,3,2,4,6,UGS/V,UGs(th),输出特性,转移特性,UDS/V,ID/mA,转移特性：,栅极对漏极电流的控制作用，场效应管是电压控制器件。,夹断区,5.5.4场效应管的微变等效电路,绝缘栅型场效应管的栅源之间为一层绝缘物质，即使在栅源之间加入电压，栅源之间也没有电流，管子的输入电阻很高，认为栅源之间开路。,5.5.4场效应管的微变等效电路,场效应管工作在饱和区，表现出恒流特性，漏极电流的变化量ID与栅、源极间的电压变化量UGS成比例变化，即,场效应管小信号的微变等效电路,输出回路可等效为电压控制的受控电流源。场效应管小信号的微变等效电路如图所示,在UDS=0时，栅源电压与栅极电流的比值，其值很高。,5.5.5绝缘栅场效应管的主要参数,1.开启电压UGS(th),指在一定的UDS下，开始出现漏极电流所需的栅源电压。它是增强型MOS管的参数，NMOS为正，PMOS为负。,2.夹断电压UGS(off),指在一定的UDS下，使漏极电流近似等于零时所需的栅源电压。是耗尽型MOS管的参数，NMOS管是负值，PMOS管是正值。,3.直流输入电阻RGS（DC）,4.低频跨导gm,UDS为常数时，漏极电流的微变量与引起这个变化的栅源电压的微变量之比称为跨导,即,另外，漏源极间的击穿电压U(BR)DS、栅源极间的击穿电压U(BR)GS以及漏极最大耗散功率PDM是管子的极限参数，使用时不可超过。,跨导是衡量场效应管栅源电压对漏极电流控制能力的一个重要参数。,5.6电力半导体器件,电力半导体器件是用来进行电能转换，功率控制与处理的核心器件。它与前面介绍的半导体器件不同，一方面它必须要有高电压，大电流的承受能力，另一方面必须以开关模式运行。电力半导体器件有很多种类和不同的分类方式，按照开通、关断控制方式可分为三大类：,（1）不控型。这是一类两个极的器件，一端是正极，另一端是负极，其开通和关断由两个极所加电压来决定，常见的有大功率二极管、快速恢复二极管等。（2）半控型。这类器件是三个极的器件，除了正负极外，还有一个控制极，它的开通可以通过控制极控制，但不能通过控制极控制关断。这类器件主要有晶闸管。,5.6电力半导体器件,（3）全控型。这类器件也是三个极的器件，控制极不仅可以控制其开通，而且也能控制其关断，这类器件是电力半导体器件的主导方向，代表这类器件有控制极可关断晶闸管GTO，双极型大功率晶体管BJT，绝缘栅型双极晶体管IGBT等。,晶闸管又称可控硅（SCR），是一种大功率半导体器件，主要用于整流、逆变电路中，具有体积小，耐压高的特点。,5.6.1晶闸管,1.晶闸管的基本结构及工作原理,晶闸管结构示意图及符号,晶闸管是一个PNPN四层结构的半导体器件，有三个PN结J1、J2、J3，引出三个极，分别为阳极A，阴极K，控制极G。,工作原理：,当晶闸管阳极A与阴极K两端加正向电压（uAK0），J2结处于反向偏置状态，器件A、K两端仍不导通，这种状态称为正向阻断状态。,当在晶闸管阳极A与阴极K两端加反向电压（uAK0），J1、J3结处于反向偏置状态，器件A、K两端不导通，这种状态称为反向阻断状态。,工作原理：,并且即使电压uG消失，晶闸管仍可保持导通。因此控制极的作用只是使晶闸管触发导通，导通后控制极就失去了控制用。晶闸管导通时，阳极与阴极之间的正向压降一般为0.61.2V。,在这种情况下若在晶闸管的控制极G与阴极K间加一个正向电压uG，又称触发电压，且uG0，这个触发电压使晶闸管A、K两端导通，晶闸管一旦导通，就显示出了与二极管类似的正向特性。,若要关断晶闸管，可减小阳极电流IA到维持电流IH以下，使它由导通状态变为正向阻断状态而关断；或在阳极与阴极之间加反向电压，使其由导通状态变为反向阻断状态而关断。,综上所述，晶闸管的导通条件为：在阳极和阴极间加正向电压，并在控制极和阴极之间加正向触发电压。晶闸管的关断条件：使IAIH或在阳极与阴极间加反向电压。因此可将晶闸管看成是一个可控的单向导电开关。,双向晶闸管。它是可以两个方向控制导通的晶闸管，其符号如图所示。用T1和T2分别表示两个极，G仍为控制极。,实际上它相当于两个反向并联晶闸管的组合，只是共用一个控制极，通过在控制极施加正负电压来控制晶闸管的双向导通。,双向晶闸管,通常uT2T10时，控制极与T1极间加正向电压，即uGT10，双向晶闸管为正向导通；,uT2T10时，在控制极与T1极间加反向控制电压，即uGT10，双向晶闸管为反向导通。,晶闸管有两个工作区域。当晶闸管承受反向电压，且大小低于反向击穿电压UBR时，仅有极小的反向漏电电流，与二极管的反向特性类似。这时无论控制极是否有正向电压，晶闸管均不会导通，处于反向阻断状态。,晶闸管的特性曲线,2.晶闸管的特性曲线,当反向电压超过一定值并达到反向击穿电压时，会使反向漏电电流急剧增大，导致晶闸管损坏。,当晶闸管两端加入正向电压、而控制极未加电压时，IG0，晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电电流IA。若晶闸管两端正向电压增加到某一数值时（UDSM），电流IA突然急剧增加，晶闸管在没有控制极电压作用下，由正向阻断变为导通，这个电压UDSM称为晶闸管的正向转折电压。,在正常工作时，一般不允许晶闸管上的正向电压值达到UDSM，因为这将失去晶闸管控制极的作用，同时这种导通方法容易造成晶闸管的损坏。,若在控制极上加触发电压，则产生控制极电流，即IG0，这会降低转折电压，电流IG越大，转折电压越低。电流IG从控制极流入晶闸管、从阴极流出晶闸管。,双向晶闸管的特性曲线在第1和第3象限有对称的伏安特性。,双向晶闸管特性曲线,（1）正向重复峰值电压UDRMUDRM是指控制极开路时，允许重复加在晶闸管上的最大正向电压，通常UDRM0.8UDSM,3.晶闸管的主要参数,(2)反向重复峰值电压URRMURRM是指控制极开路时，允许重复加在晶闸管上的最大反向电压，通常URRM0.8UBR。普通晶闸管的UDRM和URRM的值为1003000V。,(3)额定正向平均电流IFIF是指在规定环境温度和标准散热及晶闸管全导通条件下，允许晶闸管连续通过的工频正弦半波在一个周期内的平均值即,（4）维持电流IHIH是指在控制极开路和规定环境温度下，维持晶间管导通的最小电流。当晶闸管正向电流小于IH时，晶闸管将自行关闭。,（5）控制极触发电流IGIG是指在室温和阳、阴极之间直流电压为6V条件下，使晶闸管完全导通所需的最小控制极直流电流，从几毫安至几百毫安。,（6）控制极触发电压UGUG是指使晶闸管正向导通时，控制极所加电压，一般为15V。,5.6.2晶闸管的应用,1.单相半波可控整流电路(1)电阻性负载,当电源电压为正半周时，晶闸管T承受正向电压，在t1时刻，控制极加入触发电压uG，晶闸管从t1时刻开始导通，导通后负载上输出电压uo。当电压u下降接近零时，晶闸管因正向电流小于维持电流而关断。,设电压,在u的负半周，晶闸管T承受反向电压而阻断。在下一个周期的同一时刻再次加入触发电压，重复前一个周期的过程。,u,0,t,0,t,uo,0,t,uT,uG,u,uG,t1,t2,io,io,uo,称为控制角，控制晶闸管的导通时刻，称为导通角。在单相半波整流电路中与的关系为180,导通角越大，输出电压越高。整流电路输出电压平均值为,输出电流平均值为,整流元件中流过的电流平均值,（2）电感性负载,由于电感的存在，使电流io不能发生跃变。当晶闸管刚触发导通时，电流io将由0逐渐增加（因为电感元件中的感应电动势阻碍电流变化）电流达到最大值的时间滞后于电压uo达到最大值的时间。当电压下降到零后，电流io并不为零，在u变为负值以后仍能使晶闸管导通，这时感应电动势大于电压u，且极性仍使晶闸管导通，只有当io降低到维持电流以下时，晶闸管才关断。,感性负载半波可控整流电路,（b）,u,0,t,0,t,uo,0,t,uT,uG,u,uG,t1,t2,io,io,uo,在交流电压u进入负半周以后，出现了一段晶闸管导通的时间，使输出电压uo出现了负值。电感越大，uo出现负值的时间越长，这样会使输出电压uo的平均值下降。,为了避免这种情况出现，通常是在感性负载两端并联一个二极管（称续流二极管）。当u为正半周时，二极管D截止。当u为负半周时，二极管D两端承受正向偏压而导通，这时负载电流io（由感应电动势产生的）经二极管形成回路，则输出电压近似为零，晶闸管因承受反向电压而关断，,有续流二极管的感性负载半波可控整流电路,2.单相半控桥式整流电路,（1）电阻性负载将单相桥式整流电路的两个二极管用晶闸管替代，即构成了单相半控桥式整流电路。,单相半控桥电阻性负载整流电路,当电压u为正半周时，T1、D2承受正向偏压，若在t1时刻对晶闸管T1的控制极加入触发电压，则T1和D2导通，形成输出电压uo（上“”下“”），此时T2和D1承受反向偏压而截止。,当u为负半周时。T2和D1承受正向偏压。在t2时刻对晶闸管T2加入触发电压，则T2和D1导通，形成输出电压uo（仍为上“”下“”）。此时T1和D2承受反向偏压而截止。,2.单相半控桥式整流电路,整流电路接电阻性负载时的输出电压平均值为,输出电流平均值为,整流元件中流过电流的平均值为,晶闸管和二极管所承受的最大正向电压和反向电压均为,（2）电感性负载,单相半控桥电感性负载整流电路,uo,io,0,t,0,t,uo,u,uG,t1,t2,io,io,uo,u,uG,晶闸管和二极管所承受的最大正向电压和反向电压均为,uo平均值,负载电流Io的平均值仍为,由以上分析可以看出控制角增大，输出电压平均值减小，控制角减小，输出电压平均值增加。改变控制角，就改变了输出电压的大小。,例单相半控桥电阻性负载整流电路，若RL10，U90V，试求30时，整流电压平均值Uo和整流电流平均值Io及整流元件所承受的最大反向电压。,最大反向电压,解,晶闸管是工作在开关状态，存在着产生高电压，大电流冲击的可能，因此要在电路中加入保护环节，避免造成晶闸管的损坏。对晶闸管的保护主要有过电流和过电压保护。,（1）过电流保护快速熔断器。快速熔断器采用银质熔丝以保证在电流发生过载或短路时在短时间内及时切断电路，保护晶闸管不被损坏。快速熔断器可与被保护元件串联连接。,过电流继电器。过流继电器只对电路过载时起保护作用，过流继电器通常串联接在输入端或输出端。,3.晶闸管的保护,过电压保护。引起过电压的原因是在具有电感元件的电路中，当切断电路时，电路中电感元件会产生高电压，极易引起晶闸管的损坏。阻容保护是经常采用的一种过压保护措施，它是由电阻与电容的串联来吸收过电压，使元件上电压上升速度减慢。,RL,R,C,L,C,C,R,R,C,R,C,R,晶闸管过压保护电路,D1,D2,T1,T2,除了在晶闸管的阳极与阴极之间加正向电压外，还必须在控制极与阴极之间加触发电压，才能使晶闸管导通。提供触发电压的电路称为触发电路，所需触发电压是一系列的触发脉冲信号。对触发电路的要求如下：,5.6.3晶闸管的触发电路,（1）有足够的触发功率。一般触发电压为410V，触发电流为数十至数百毫安。（2）有足够的触发脉冲宽度，通常大于10s。并且触发电压波形的前沿要陡直。（3）触发时间要准确，并与整流电路的交流电源同步。（4）触发电压能在足够宽的范围内平稳移动。,1.单结晶体管的结构及工作原理,单结晶体管符号,在一块N型半导体上制成一个PN结，从P区引出发射极E，从N型半导体两端引出两个电极，分别称为第一基极B1和第二基极B2,B1和B2两个基极与N型半导体间有几千欧的电阻，发射极对B1B2均形成PN结，PN结可等效为二极管D。基极B1与N型半导体间的电阻为RB1，RB1是一个可变电阻，基极B2与N型半导体间的电阻为RB2。,单结晶体管,单结晶体管等效电路,0,IE,UE,P,截止区,导通区,UP,V,UV,IP,IV,工作原理,称为单结体晶管的分压比，一般在0.30.9之间。若UEVAUD，PN结处于反向偏置，单结晶体管的发射极电流IE0，单结晶体管处于截止状态。当升高UE使UEUPVAUD，PN结进入导通状态，UP为单结晶体管的峰点电压，对应的发射极电流IP为峰点电流。,A点电位为：,0,IE,UE,P,截止区,导通区,UP,V,UV,IP,IV,工作原理,当UEUP后，PN结正向导通，IE显著增加，但由于RB1随着PN结的导通而急剧下降，使VA下降，从而导致UE下降，这种UE下降而IE增加的现象称为负阻现象。当UE下降到某一值（UV）时，PN结将自动关断，UV称为谷点电压，对应的IE电流为谷点电流IV。,当单结晶体管的发射极电压UEUP时，单结晶体管截止（工作在截止区）；当UEUP时，单结晶体管导通（工作在导通区）。导通后，当UEUV时，单结晶体管又恢复到截止状态。,2.单结晶体管构成的触发电路,利用单结晶体管的负阻特性，可构成自激振荡电路，将自激振荡电路输出的脉冲信号作为晶闸管控制极触发电压信号uG。,设电容C的初始电压为零，接通电源后，UBB经电阻R向C充电，uC按指数规律增加。当uCUP，单结晶体管导通，则uC经单结晶体管的EB1向电阻R1放电，由于R1很小，放电很快结束，在R1上形成的输出电压为一个窄脉冲。当电容电压放电至uCUV时，单结晶体管截止，输出电压为零，完成一次振荡。然后C重新充电，重复上述振荡过程。,2.单结晶体管构成的触发电路,t,uC,UP,UV,uG,t,0,0,利用单结晶体管的负阻特性，可构成自激振荡电路，将自激振荡电路输出的脉冲信号作为晶闸管控制极触发电压信号uG。,放电,+,R2,R1,+,uC,UBB,uG,E,充电,C,B1,B2,R,T,可以看出改变电阻R的大小，可改变电容C充电的时间长短，从而改变了UP出现的时刻。当R减小时，uG波形前移，当R增大时，uG波形后移，从而能使触发信号uG在半个周期内前后移动，满足了控制角可调的要求。,为了使可控整流电路输出稳定的电压，还应保证晶闸管在每个导电周期内具有相同的导通角，即保证触发电路与整流电路严格同步。,3.单结晶体管触发的可控整流电路,在单结晶体管的触发电路中，在每半个周期内可能产生几个脉冲，但只有第一个脉冲起作用。,工作波形,双向晶闸管通常应用在交流调压电路中，图所示电路可实现白炽灯的调光。,4双向晶闸管的应用电路,R、C及双向二极管D组成简单的触发电路。,当交流电压处在正半周时，电源通过R向C充电，当电容电压达到一定值时，双向二极管导通，触发电压加到双向晶闸管使其导通，负载流过电流，当电源负半周时，C被反向充电，触发过程同上。,改变电阻R的大小，即可改变晶闸管导通角的大小，从而调整了负载两端的电压，达到了调光的目的。,5.6.4全控型开关器件,1.可关断晶闸管（GTO）,控制极可关断晶闸管又称门极可关断晶闸管，简称GTO。GTO与晶闸管相类似，也具有PNPN四层半导体结构，外部同样引出阳极A、阴极K和控制极G。但内部设计时，对一些参数作了调整，从而具有了控制极可关断的特征。,开通工作过程如下：,在阳极与阴极之间加正向电压，使其处在正向阻断状态，然后在控制极G加正向触发电压，使GTO由阻断状态变为完全导通状态，即使撤走控制极电压也不会改变其导通状态。,5.6.4全控型开关器件,1.可关断晶闸管（GTO）,关断工作过程如下：,若要关断GTO不需要在阳极与阴极间施加反向电压或减小阳极电流，而只需在控制极G加入反向触发电压，即能使GTO由正向导通状态变为关断状态。这时产生的控制极电流是从阳极电流中抽出来的一部分，称为负向电流。,GTO导通时的正向电压为23V，其开关时间在几s至25s之间。由于GTO的工作电压高和电流大，适用于开关频率为数百Hz至10KHz的大功率场合。,2.绝缘栅双极晶体管（IGBT）,电压控制器件，以具有开关速度快、输入阻抗高等优点获得广泛应用。,IGBT的转移特性描述的是集电极电流IC与栅射极电压UGE之间的关系。UGE（th）是IGBT实现导通的开启电压，当UGEUGE（th）时，IGBT关断，IC0。,正向阻断区,反向阻断状态,UGE（th）,IC,饱和区,线,区,性,UCE,0,IGBT的输出特性表示IGBT集射极电压UCE和集电极电流IC之间的关系，输出特性曲线分为正向阻断区，饱和区和线性区。当UCE0时，IGBT为反向阻断工作状态。在电力电子电路中，IGBT工作在开关状态，因而它是工作在正向阻断区和饱和区。,IGBT工作时，集电极接高电位，发射极接低电位，栅极与发射极间加控制电压。当IGBT作为开关管使用时，为了使其导通，应在栅极与发射极间加正向偏压，为了使其截止，应在栅极与发射极间加反向偏压。,第8章电源技术,8.1电源技术的基本内容,8.2直流稳压电源,8.3开关型稳压电源,8.4交流稳压电源,电工和电子技术,电源可分为三种类型：(1)一次性电源，即供电电源。(2)二次性电源，即在供电电源与负载之间对电能进行转换以满足电气设备需要的电源。(3)蓄电池电源，将其它形式的能量转换成电能储存起来，然后再提供给负载。,第8章电源技术,8.1电源技术的基本内容,(1)将交流电变为直流电，实现这一功能的电路称为整流电路。(2)将直流电变为交流电，实现这一功能的电路称为逆变电路。(3)将一种直流电变为另一种直流电，这种变换能实现直流电的幅值或极性的改变。(4)将一种交流电变为另一种交流电，这种变换能实现交流电的大小和频率的变化。,功率变换电路可分为4类：,(1)体积小、重量轻、造价低。(2)电源输出不间断。(3)效率高、节能。(4)输出电压或输出电流要稳定,1.直流稳压电源直流稳压电源有两种控制方式，即连续线性控制和断续开关控制方式。连续线性控制方式电源的特点是功率器件工作在放大状态。如串联型稳压电源就属于这种控制方式。断续开关控制方式电源的主要特点是功率器件工作在开关状态。,电子设备对电源的要求是：,2.交流稳压电源交流稳压电源包含稳压电源和不间断电源。,8.2直流稳压电源8.2.1直流稳压电源的主要指标及种类1.直流稳压电源的主要技术指标2.直流稳压电源的种类:(1)按电源中调整元件与负载的连接方式分，有并联式稳压电源和串联式稳压电源。(2)按调整元件的工作状态分，有线性稳压电源和开关稳压电源。,8.2.2串联式线性稳压电源,变压,整流,滤波,稳压,负载,交流电,交流电变为直流电的过程示意图,串联式线性稳压电源由采样、基准、比较放大和调整四个环节组成,8.2.2串联式线性稳压电源,串联型稳压电路,T2,DZ,R4,T1,RL,R1,R2,RP,RP,UZ,RP,R3,+,Ui,Uo,+,+,UB2,+,Uf,UCE2,IC2,UCE1,UBE1,+,(1)采样环节：由R1、R2、RP组成。,反馈电压,输出电压,8.2.2串联式线性稳压电源,串联型稳压电路,T2,DZ,R4,T1,RL,R1,R2,RP,RP,UZ,RP,R3,+,Ui,Uo,+,+,UB2,+,Uf,UCE2,IC2,UCE1,UBE1,+,(2)基准电压环节：由DZ和R3组成。,(3)比较放大环节：由T1构成。,8.2.2串联式线性稳压电源,T2,DZ,R4,T1,RL,R1,R2,RP,RP,UZ,RP,R3,+,Ui,Uo,+,+,UB2,+,Uf,UCE2,IC2,UCE1,UBE1,+,(4)调整环节：由工作在线性区的功率管（调整管）T2组成。若某种原因使输出电压升高，其稳压过程为：UoUfUBE1UCE1UB2ICUCE2Uo,采用运算放大器，其稳压过程为：UoUfUBICUCEUo,Uo,由运算放大器组成的串联型稳压电路,T,DZ,R3,RL,R1,RP,RP,+UZ,RP,R2,+,Ui,+,+,UB,+,Uf,+,+,UCE,IC,常用的集成稳压器有下列几种：(1)多端可调式集成稳压器。(2)三端可调式集成稳压器。(3)三端固定式集成稳压器。W7800系列、W7900系列。,W7800系列输出正电压，如W7805，表示输出电压为5V。,W7900系列输出负电压，如W7915，表示输出电压为15V。,Ci：改善纹波。,Co：改善负载的瞬态响应。,8.2.3集成稳压器,三端固定式集成稳压器的几种应用电路,(1)正负电压同时输出的稳压电路。,(2)提高输出电压的稳压电路。,若IR5IQ，则,(3)输出电压可调的稳压电路。,（4）扩大输出电流的稳压电路,W78XX,Ci,+,Ui,CO,Uo,+,1,2,3,R,IB,I3,IR,I1,IC,I2,RL,Io,T,UBE,通常I3较小，所以I2I1。当IR电流不足以使T导通时，IC0，IoI2I1，若IR电流增大到一定值时，使T导通，则IoI2IC，调整R的大小使功率管在输出电流较大时导通。,I2I1=IR+IB=,()一次整流滤波电路：将交流电经整流滤波为直流电压。()开关调整管：调整管将整流滤波后的电压变换成矩形波电压。,8.3开关型稳压电源,8.3.1开关型稳压电源的组成,()二次滤波：是为了得到平滑的直流输出电压U0。()开关控制电路：是利用反馈信号去控制调整管的通断时间。()取样电路，比较放大，基准电路作用同串联型稳压电源。,一次整流,开关调整管,二次滤波,开关控制,比较放大,取样电路,基准电路,+,ui,+,Uo,滤波,电路,开关型稳压电源结构框,开关型稳压电源的分类方法很多，按电路结构分，有串联开关稳压电源和并联开关稳压电源：按调制方式分，有脉宽调制型、脉频调制型和混合调制型。目前脉宽调制型应用比较普遍。,8.3.2脉宽调制式串联型开关稳压电源的基本工作原理,(1)开关调整管T，它工作在开关状态，其开关时间由电压比较器输出的脉冲信号控制。(2)控制电路，由基准电压电路、取样电路、误差放大器、三角波发生器和电压比较器组成。,脉宽调制式开关型稳压电源的原理图,L,T,电压比较器,RL,R1,R2,+,Ui,Uo,+,+,uB,UR,+,+,基准电压电路,+,+,三角波发生器,+,UR2,C,D,误差放大器,Io,uA,uC,u,(3)滤波电路，由L、C和二极管D组成。,脉宽调制式开关型稳压电源的原理图,L,T,电压比较器,RL,R1,R2,+,Ui,Uo,+,+,uB,UR,+,+,基准电压电路,+,+,三角波发生器,+,UR2,C,D,误差放大器,Io,uA,uC,K=ton/T称为脉冲波形的占空比，ton又称为脉冲宽度。,输出电压平均值,可见对于一定的Ui，改变了ton即改变了K，也就改变了输出电压UO,u,L,T,电压比较器,RL,R1,R2,+,Ui,Uo,+,+,uB,UR,+,+,基准电压电路,+,+,三角波发生器,+,UR2,C,D,误差放大器,u,Io,uA,uC,工作原理：,利用ub控制调整管T的导通与截止。,当uB为高电平时，T饱和导通，忽略T的饱和压降，uA=Ui，D截止，负载中有IO流过，L及C储存能量。,当uB为低电平时，T由导通变截止，忽略T的饱和压降，L中的感应电动势使D导通，L及C储存的能量通过D向RL释放，使负载中继续有IO流过，此时uA=0。,电路输出为额定电压时，UR2=UR，uc=0，电压比较器输出电压u为占空比K=50%的脉冲信号。若输入电压增加，其调压过程为:UiU0UR2UR2URuc=“”,与固定频率三角波电压u相比较，得到u输出，T截止，其占空比K50%，使输出电压下降到预定的稳定值。若输入电压减小，UiU0UR2UR2URuC=“”，其占空比K50，使输出电压上升到预定的稳压值。,L,T,电压比较器,RL,R1,R2,+,Ui,Uo,+,+,uB,UR,+,+,基准电压电路,+,+,三角波发生器,+,UR2,C,D,误差放大器,u,Io,uA,uC,t,uCu-uB,uAUo,t,Uo,uA,0,0,uB,u-,uC,脉宽调制式开关型稳压电源的各点波形,t,uCu-uB,uAUo,t,Uo,uA,0,0,uB,u-,uC,电路输出为额定电压时，UR2=UR，uc=0，电压比较器输出电压u为占空比K=50%的脉冲信号。若输入电压增加，其调压过程为:UiU0UR2UR2URuc=“”,与固定频率三角波电压u相比较，得到u输出，T截止，其占空比K50%，使输出电压下降到预定的稳定值。若输入电压减小，UiU0UR2UR2URuC=“”，其占空比K50，使输出电压上升到预定的稳压值。,(1)参数调整型，以LC串联谐振原理为基础实现稳压。(2)自耦调整型，以自耦变压器为基础实现稳压功能。(3)大功率补偿型，当输入电压高于或低于突定值时，由补偿环节来实现稳压。(4)开关型，用开关电源技术实现稳压。,8.4交流稳压电源,按其工作原理可分为4类：,8.4交流稳压电源,交流稳压电源的电路结构图,输出电压,辅助电源,比较控制,基准电源,保护电路,取样电路,uo,ui,调整电路,电路,F1,交流稳压电源的电路原理图,C6,L2,+,C3,+,C4,W1,W2,C1,I,II,uo,a,c,S,J,b,ui,L1,+,+,+,C2,C5,+E,E,DZ,+,+,+,+,+,+,+,+,F2,F3,F4,M,J,R2,R4,R7,R8,R5,R6,RP1,RP3,R9,R10,RP2,R3,T1,T2,T3,R11,R12,R13,R14,R13,+E,-E,D,+E,T,R1,4.基准电源电路，由W1输出的稳定直流电压经R1和DZ组成的稳压路进行二次稳压，再经C3滤波后作为基准电源。5.取样电路，由变压器T的二次侧绕组II(其电压与输出电压同步变化)及L2组成整流电路，经C6滤波后提供给由RP!和R5R6组成的分压电路。6.保护电路，F3是过压保护比较放大电路，F4是欠压保护比较放大电路，T3与继电器J是它们共同驱动与执行电路。,1.输出电压调整电路，变压器T是可调式自耦变压器。2.比较控制电路，F1F2组成电压比较器。3.辅助工作电源电路，L1与T的二次侧绕组I组成整流电路经C1、C2滤波后，提供正负两种电源，再经三端固定集成稳压器W1与W2稳压后输出及供控制电路使用。,工作原理,将交流电变成直流电称为整流，将直流电变成交流电称为逆变。实现直流电变成交流电的电路称为逆变电路，完成逆变功能的设备称为逆变器。应用于各种领域，例如：采用逆变技术将普通交流电网电压变成电压可调、频率可调的交流电，提供给交流电动机，以调节电动机的转速；在不间断电源(UPS)中有充电器和逆变器；又如中频炉、高频炉、电磁灶等调备，利用逆变技术产生交流电，从而产生交变磁场，使金属在磁场中产生涡流而发热等等。当前主要采用普通晶闸管，可关断晶闸管(GTO)，大功率晶体管(GTR)，功率场效应晶闸管(VMOSFET)，绝缘栅双极晶体管(IGBT)等器件组成逆变主电路。,8.5逆变电路,8.5.1逆变的概念,(1)按逆变器输出交流频率，可分为工频逆变、中频逆变和高频逆变。工频逆变是指5060Hz的逆变器；中频逆变的频率为400Hz几十kHz；高频逆变器的频率则为十几kHzMHz。(2)按逆变器能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。(3)按逆变主电路的形式，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。(4)按输出稳定的参量，可分为电压型逆变和电流型逆变。(5)按输出电压或电流的波形，可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。(6)按控制方式，可分为调频式(PFM)逆变和调脉宽式(PWM)逆变。,逆变器的种类很多，其主要分类方式如下：,图中S1S4是桥式电路的4个臂。Ud为直流电源。当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，电流io从A流向B。Uo极性为A正B负；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，电流io从B流向A。Uo极性为B正A负；这样就把直流电变为交流电，改变两组开关的切换频率，即改变了交流电的频率。,单相桥式逆变电路的基本原理,Ud,io,S1,S2,S3,S4,B,A,uo,负载,基本逆变电路原理图及波形,-,+,当负载为纯电阻时，负载电流io和uo的波形形状相同，相位也相同。,当负载为感性时，io相位滞后于uo时，而且两者形状也不相同。设t1时刻以前S1、S4导通，uo与io方向均为正。在t1时刻S1、S4断开，S2、S3闭合，则uo的极性改变，立即跳变为负值。但是流过感性负载的电流io不能发生跳变，而仍维持原方向，这时io从直流电源的负极流出经S2、负载和S3流回正极。这时感性负载将其存储的能量向直流电源反馈。同时负载电流io逐渐减小，直到t2时刻隆为零，然后io反向逐渐增大。,Ud,io,S1,S2,S3,S4,B,A,uo,负载,-,+,uoio,io,uo,t,0,t2,t1,感性负载时,逆变电路按照直流侧电源性质的不同分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流