电工学简明教程12直流稳压电源.ppt

第12章直流稳压电源,第12章直流稳压电源,12.1整流电路,12.2滤波器,12.3直流稳压电源,*12.4晶闸管及可控整流电路,下图是半导体直流电源的原理方框图，它表示把交流电变换为直流电的过程。,交流电源,负载,图中各环节的功能如下：,1整流变压器：将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。,2整流电路：将交流电压变换为单向脉动电压。,3滤波器：减小整流电压的脉动程度。,4稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定，成为符合整流需要的电压。,12.1整流电路,整流电路中最常用的是单相桥式整流电路，它由四个二极管D1D4接成电桥的形式构成。,RL,iO,工作原理：,在u的正半周，D1和D3导通，D2和D4截止(相当于开路)，电流的通路如图中红色箭头所示。,D4,D3,D2,D1,+u,+uO,RL,D4,D3,D2,iO,D1,在u的负半周，D2和D4导通，D1和D3截止(相当于开路)，电流的通路如图中绿色箭头所示。,+u,+uO,在一个周期内，通过电阻的电流方向相同，在负载上得到的是全波整流电压uO。,由于二极管的正向压降很小，因此可认为uO的波形和u的正半波是相同的。输出电压的平均值为,式中，U是变压器二次交流电压u的有效值。,截止管所承受的最高反向电压为,右图是单相桥式整流电路的简化画法,例1已知负载电阻RL=80，负载电压UO=110V。今采用单相桥式整流电路，交流电源电压为380V。(1)如何选用晶体二极管？(2)求整流变压器的变比及容量。,解(1)负载电流,每个二极管通过的平均电流,变压器副边电压的有效值为,考虑到变压器二次绕组及管子上的压降，变压器二次电压大约要高出10%，即1221.1V=134V。于是,因此可选用2CZ55E晶体二极管，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。,(2)变压器的变比及容量,变压器的变比,变压器二次电流的有效值为,变压器的容量为,可选用BK300(300VA)，380/134V的变压器。,12.2滤波器12.2.1电容滤波器(C滤波器),电容充电,电容放电,二极管导通时给电容充电，二极管截止时电容向负载放电；滤波后输出电压uO的波形变得平缓，平均值提高。,12.2.1电容滤波器(C滤波器),电容滤波器的组成和工作原理,RL,D1,D4,D3,D2,iO,+uO=uC,+u,经C滤波后uO的波形,t,uO,0,2,可见放电时间常数=RLC越大，脉动越小，输出电压平均值越高，一般要求,式中，T是uO的周期。这时，UO1.2U。,例1有一单相桥式电容滤波整流电路，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。,解(1)选择整流二极管,流过二极管的电流,取UO=1.2U，所以变压器二次电压的有效值。,取UO=1.2U，所以变压器二次电压的有效值,二极管所承受的最高反向电压,因此可选用2CZ52B型二极管，其最大整流电流为100mA，反向工作峰值电压为50V。,(2)选择滤波电容器,选用C=250F，耐压为50V的极性电容器。,RL,+u,12.2.2电感电容滤波器(LC滤波器),当通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中要产生自感电动势阻碍电流的变化，因而使负载电流和负载电压的脉动大为减小。频率越高，电感越大，滤波效果越好，而后又经过电容滤波，使输出电压更为平直。,12.3直流稳压电源12.3.1稳压二级管稳压电路,12.3.1稳压二极管稳压电路,引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流的变化，下面分析在这两种情况下的稳压作用。,(1)当交流电源电压增加而使整流输出电压UI随着增加时，负载电压UO也要增加。UO即为稳压管两端的反向电压。当负载电压UO稍有增加时，稳压管的电流IZ就显著增加，因此限流电阻R上的电压降增加，以抵偿UI的增加，从而使UO保持近似不变。,(2)当电源电压保持不变，而负载电流增大时，电阻R上的电压降增大，负载电压UO因而下降。只要UO下降一点，稳压管电流IZ就显著减小，使通过电阻R的电流和电阻上的电压降保持近似不变，因此负载电压UO也就近似稳定不变,选择稳压管时一般取UZ=UO，UI=(23)UO。,例1有一稳压二极管稳压电路，负载电阻RL由开路变到3k，交流电压经整流滤波后得出UI=30V。今要求输出直流电压UO=12V，试选择稳压管DZ。,解根据输出电压UO=12V的要求，负载电流最大值,可选择稳压二极管2CW60，其稳定电压UZ=(11.512.5)V，其稳定电流IZ=5mA，最大稳定电流IZM=19mA。,12.3.2集成稳压电源,本节主要介绍W7800系列(输出正电压)和W7900系列(输出负电压)，它们的电路符号如下图所示:,这种稳压器只有输入端、输出端和公共端三个引出端，故也称为三端集成稳压器。W7800系列1为输入端，2为输出端，3为公共端；W7900系列3为输入端，2为输出端，1为公共端。W7800系列输出固定的正电压有5V，8V，12V，15V，18V，24V多种。例如W7812的输出电压为12V。W7900系列输出固定负电压，其参数与W7800基本相同。,下图给出了三端集成稳压器的接线方法，Ci用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡。Ci一般在0.11F之间；Co是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，Co可取1F。,三端集成稳压器的几种应用电路：,(1)同时输出正、负电压的电路,(2)提高输出电压的电路,输出电压UO=U+UZ,(3)扩大输出电流的电路,可采用外接功率管T的方法来扩大输出电流。一般I3很小，可忽略不计，则可得出,设=10，UBE=0.3V，R=0.5，I2=1A，由上式可算出IC=4A，输出电流IO=I2+IC=5A，比I2扩大了。,(4)输出电压可调的电路,可见移动电位器滑动端，改变电阻R2和R1的比值，便可调节输出电压UO的大小。,*12.4晶闸管及可控整流电路12.4.1晶闸管,12.4.1晶闸管,A,G,K,结构,1基本结构,晶闸管是具有三个PN结的四层结构。引出的三个电极分别为阳极A，阴极K和控制极(或称门极)G。,2.工作原理,可用下面的实验来说明晶闸管的工作原理,(1)晶闸管导通(灯亮)必须同时具备两个条件：第一，在阳极与阴极之间加正向电压；第二，控制极和阴极之间也要加正向电压(实际上加正触发脉冲)。,(2)晶闸管导通后，断开控制极图(b)所示，晶闸管继续导通,即晶闸管一旦导通后，控制极就失去控制作用(这对普通晶闸管而言)。,(3)要使从导通转为阻断(截止)，必须切断阳极电源,或在阳极与阴极之间加反向电压，或将电流减小到某一数值(维持电流IH)以下。,3.伏安特性,从正向特性看，当UAUBO时，晶闸管处于阻断状态，只有很小的漏电流通过。当UA增大到某一数值时，晶闸管由阻断状态突然导通，,这时所对应的电压称为正向转折电压UBO。IG越大，UBO越低。晶闸管导通后，就有较大电流通过，但管压降只有1V左右。,从反向特性看，晶闸管处于阻断状态，只有很小的反向漏电流通过，当反向电压增大到某一数值时，使晶闸管反向导通(击穿)，所对应的电压称为反向转折电压UBR。,晶闸管的型号及其含义如下：,KP,导通时平均电压组别(小于100A不标)，共9级，用AI字母表示0.41.2V,额定电压，用其百位数或千位数表示,额定正向平均电流(A),普通型,晶闸管,12.4.2可控整流电路,单相半控桥式整流电路,ug,t,t,uO,导通角,iO,t,0,u2,0,0,2,3,T1，D2导通,T1，D2导通,T2，D1导通,控制角(又称移相角),在u的正半周，T1和D2承受正向电压，这时如引入触发脉冲ug，则T1和D2导通，而T2和D1截止；在u的负半周，T2和D1导通，T1和D2截止。,整流输出电压的平均值可以用控制角表示，即,显然，导通角越大(控制角越小)输出电压越高。,晶闸管所需的触发脉冲由专门的触发电路提供。,例1有一纯电阻负载，需要可调的直流电源：电压UO=0180V，电流IO=06A。现采用单相半控桥式整流电路，试求