第八章直流稳压电源(高职院)武汉吴淑霞编.ppt

8 1小功率单相整流与滤波电路 第八章直流稳压电源 8 2直流稳压电源 电源变压器 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2 整流电路 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3 滤波电路 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4 稳压电路 清除电网波动及负载变化的影响 保持输出电压uo的稳定 直流稳压电源的组成和功能 8 1小功率单相整流与滤波电路 1 半波整流电路 二极管导通 uL u2 二极管截止 uL 0 u2 0时 u2 0时 一 单相整流电路 二极管D导通 二极管D截止 1 2 L u R L 1 u 2 u 220V D 主要参数 IL UL RL 0 45u2 RL 2 输出电流平均值Io 1 输出电压平均值UL 3 流过二极管的平均电流 ID IL 4 二极管承受的最高反向电压 2 全波整流电路 原理 变压器副边中心抽头 感应出两个相等的电压U2 当u2正半周时 D1导通 D2截止 当u2负半周时 D2导通 D1截止 主要参数 根据波形图可知 全波整流电路的输出 与桥式整流电路的输出相同 输出平均电压为 流过负载的平均电流为 二极管所承受的最大反向电压 3 桥式整流电路 1 组成 由四个二极管组成桥路 u2正半周时 D1 D3导通 D2 D4截止 2 工作原理 u2负半周时 D2 D4导通 D1 D3截止 a 桥式整流电路 b 波形图 根据图10 1 3 b 可知 输出电压是单相脉动电压 通常用它的平均值与直流电压等效 输出平均电压为 参数计算 流过负载的平均电流为 流过二极管的平均电流为 二极管所承受的最大反向电压 脉动系数 1 用傅氏级数对桥式整流的输出uL分解后可得 注意 整流电路中的二极管是作为开关运用的 整流电路既有交流量 又有直流量 通常对 输入 交流 用有效值或最大值 输出 交直流 用平均值 整流管正向电流 用平均值 整流管反向电压 用最大值 单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过 而半波和全波整流电路中均有直流分量流过 所以单相桥式整流电路的变压器效率较高 在同样的功率容量条件下 体积可以小一些 单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路 故广泛应用于直流电源之中 集成硅整流桥 1 电容滤波 二 滤波电路 滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除 减少交流成分 增加直流成分 利用电抗性元件对交 直流阻抗的不同 可实现滤波 电容器C对直流开路 对交流阻抗小 所以C应该并联在负载两端 电感器L对直流阻抗小 对交流阻抗大 因此L应与负载串联 经过滤波电路后 既可保留直流分量 又可滤掉一部分交流分量 改变了交直流成分的比例 减小了电路的脉动系数 改善了直流电压的质量 电容滤波 适用于负载电流较小 且变化不大的场合 1 空载 RL 时 uc uL u2 uC时 二极管导通 C充电 u2 uC时 二极管截止 C放电 由于RL 无放电回路 所以uC保持 2 接入RL 且RLC较大 时 u2 uC时 二极管导通 C充电 u2 uC时 二极管截止 C放电 二极管中的电流 uc uL 近似估算 UL 1 2U2 全波 UL 1 1 1 U2 半波 b 流过二极管瞬时电流很大 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大 电容滤波电路的特点 a UL与RLC的关系 RLC愈大 C放电愈慢 UL 平均值 愈大 整流滤波电路的外特性整流滤波电路中 输出直流电压VL随负载电流IO的变化关系曲线如图所示 整流滤波电路的外特性 2 O L d 2 O 2 O L 5 3 2 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 输出电压平均值 UL 0 9U2 对谐波分量 f越高 XL越大 电压大部分降在电感上 因此 在输出端得到比较平滑的直流电压 对直流分量 XL 0相当于短路 电压大部分降在RL上 电感滤波主要适用于电容滤波难以胜任的大电流负载或负载经常变化的场合 其它滤波电路 为进一步改善滤波特性 可将上述滤波电路组合起来使用 LC滤波电路 RC 型滤波电路 使用条件 一 稳压电路概述 1 引起输出电压不稳定的原因 引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化 即 8 2直流稳压电路 2 稳压电路的主要性能指标 常用以下参数来说明稳压电源的质量 1 稳压系数 反映当负载电流和环境温度不变 电网电压波动 稳压电路保持输出电压稳定的能力 越小越好 输出电压 2 电压调整率 当负载不变 电网电压波动 10 时输出电压的相对变化量 3 输出电阻R0 当输入电压UI 指稳压电路输入电压 保持不变 由于负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比 反映了稳压输出受负载变化的影响 4 电流调整率SI 反映当输入电压和环境温度不变 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 输出电流从0变化到最大额定输出值时 输出电压的相对变化量被称为电流调整率 6 温度系数 指电网电压和负载都不变时 由于温度变化而引起是输出电压漂移 以及噪声电压等 5 纹波拟制比Srip 直流稳压电源把交流电压变成直流电的过程中 总有交流分量存在 这一交流分量称为纹波 纹波分量越小越好 常用纹波系数 来表示 纹波系数 纹波电压有效值 输出直流电压 VW VO纹波拟制比Srip 输入电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝值 二 硅稳压二极管稳压电路 1 稳压过程稳压原理 利用稳压管的反向击穿特性 由于反向特性陡直 较大的电流变化 只会引起较小的电压变化 2 当负载电流变化时稳压过程 1 当输入电压变化时稳压过程 2 限流电阻的计算 1 当输入电压最小 负载电流最大时 流过稳压二极管的电流最小 此时IZ不应小于IZmin 由此可计算出稳压电阻的最大值 即 2 当输入电压最大 负载电流最小时 流过稳压二极管的电流最大 此时IZ不应超过IZmax 由此可计算出稳压电阻的最小值 即 所以 三 串联式稳压电源 稳压管稳压电路的缺点 1 带负载能力差 2 输出电压不可调 1 串联型稳压电源的构成 由基准电压 调整管 取样电路和放大比较环节四部分组成 2 工作原理 1 输入电压变化 负载电流不变时 实质 电压负反馈 2 负载电流变化 输入电压不变时 3 输出电压的计算 可见 调节R1或R2可以改变输出电压 用负反馈的理论计算 举例 分立元件组成的串联式稳压电源 稳压原理 当Ui增加或输出电流减小使Uo升高时 3 输出电压的调节范围 因为 所以 将参数代入 可求出输出电压的调节范围 EWB演示 稳压电源 常用的集成三端稳压器的外形及类型 类型 W7800系列 稳定正电压W7805输出 5VW7809输出 9VW7812输出 12VW7815输出 15VW7900系列 稳定负电压W7905输出 5VW7909输出 9VW7912输出 12VW7915输出 15V 1端 输入端2端 公共端3端 输出端 4 三端集成稳压器 1 输出为固定电压的电路 输入与输出之间的电压不得低于3V 三端固定输出集成稳压器的应用 0 1 1 F 1 F 为了瞬时增减负载电流时 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 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 C1和C2作用 防止自激振荡 减小高频噪声 改善负载的瞬态响应 2 三端可调输出集成稳压器的应用 流过调整端电流 100 A 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 电容C1 防止自激 电容C2 减小电阻R2上的电压波动 D1 D2 保护二极管 W117的基本应用电路 3 输出正负电压 4 同时输出正 负电压的电路 UXX 为W78XX固定输出电压UO UXX UZ 5 提高输出电压的电路 IO I2 IC 6 提高输出电流的电路 当IO较小时 UR较小 T截止 IC 0 当IO IOM时 UR较大 T导通 IO IOM IC R可由功率管T的UBE和稳压器的IOM确定 即R UBE IOM 7 输出电压可调 由 可得 扩大输出电流 T1是扩大输出电流的大功率BJT T2管是T1的保护管 当输出电流较小 R2上的压降也较小 T1 T2管都不导通 IO I 当输出电流大于三端稳压器的输出电流时 使R2上的压降变大 T1导通 IO I IC1 串联式稳压电路的优点 结构简单 稳压性能好 技术成熟 应用广泛 缺点 它的调整管工作在线性放大状态 功耗大 输出效率低 只有20 40 输出电压总是小于输入电压 两者极性也只能是相同的 四 集成开关式稳压电路 为了提高效率 让调整管工作在开关 饱和 截止 状态 开关式稳压电路 T 开关管 LC 滤波环节 D 续流二极管 R1 R2 取样电阻 误差放大器 电压比较器 三角波发生器和基准电源组成开关管的脉宽调制控制环节 脉宽调制式开关稳压电路结构 当 S为高电平时 T饱和 uE UI 电感L储存能量 二极管D反向截止 2 工作原理 当 S为低电平时 T截止 iE 0 L产生反电势 并通过RL D构成的回路释放能量 由于反电势的存在 D处于导通状态 uE 0 BJT的工作周期T为 占空比为 则输出电压的平均值为 即 稳压原理 开关型稳压电源的特点 1 调整管工作在开关状态 使功耗大大降低 效率提