第五章直流稳压电源

1、第五章第五章直流稳压电源直流稳压电源功能：功能：把交流电压变成稳定的大小合适把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压的直流电压u4uou3u2u1 整流电路整流电路 将交流电压转变为单向脉动的直流电压。将交流电压转变为单向脉动的直流电压。 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性t uDO u 负半周，负半周，VauC时，二极管导通，时，二极管导通，电源在给负载电源在给负载RL供电的供电的同时也给电容充电，同时也给

2、电容充电， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +aVDuoubRLio= uC 二极管承受的最高反向电压为二极管承受的最高反向电压为 。UU22DRM uoU2U2u tO tO25)(3LTCR 一般取一般取(1) (1) 输出电压的脉动程度与平均值输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间与放电时间 常数常数RLC有关。有关。 近似估算取：近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波）桥式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）半波）U2 为了得到比较平直的输出电压为了得到比较平直的输出电压有电容有电容滤波滤波 无电容滤波无电容滤波0 UooIO 结论结论 因此电

3、容滤波适合于要求因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。小且负载变化较小的场合。 RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越越大大整流二极管导通时间越短整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大的峰值电流越大。iD tuoU2 tOO例例3：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率频率 f=50Hz，负载电阻，负载电阻 RL = 200 ，要求直流输，要求直流输出电压出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。V 352522DRM UU A0750200302121

4、21LOOD.RUII uRLuo+C解：解：25V1.230 21O .UU可选用二极管可选用二极管2CZ52BIOM =100mA UDRM =50V 例例3： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率源频率 f=50Hz，负载电阻，负载电阻 RL = 200 ，要求直流，要求直流输出电压输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。取取 RLC = 5 T/2已知已知RL = 50 S 05. 025015L CR uRLuo+C解：解：2. 选择滤波电容器选择滤波电容器F250F102502000.05 0506L

5、 R.C可选用可选用C=250 F，耐压为，耐压为50V的极性电容器的极性电容器L uRLuo+C 滤波效果比滤波效果比LC滤滤波器更好，但二极波器更好，但二极管的冲击电流较大。管的冲击电流较大。 比比 形形 LC 滤波器的体积滤波器的体积小、成本低。小、成本低。L uRLuo+C2+C1R uRLu+C2+C1 UO = UZ IR = IO + IZUIUZRL (IO ) IR 设设UI一定，负载一定，负载RL变化变化UO 基本不变基本不变 IR (IRR) 基本不变基本不变 UO (UZ ) IZ +UIRL+CIOUO+uIRRVSIz限流调压限流调压稳压电路稳压电路UO = UZ

6、IR = IO + IZUIUZUI UZ UO 基本不变基本不变 IRR IZ IR +UIRL+CIOUO+uIRRVSIzZMOOIMmin IIRUU (1) UZ = UO(2) IZM= (1.5 3) IOM(3) UI = (2 3) UO(4) RIIUU ominZMOIM OMZOImin IIUU ZIIRUU OMOIminUiVR2UZRLUO +R3+UB+VS+Uf+R11R 1R 串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。路和调整元件四部分组成。调整调整元件元件比较比较放大放大基准基准电压电压取

7、样取样电路电路 当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压压UO 升高时，有如下稳压过程：升高时，有如下稳压过程：O2121fURRRRUU ZUU )(fZuoBUUAU UO Uf UB UO IC UCE 由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。压电路。UIVR2UZRLUO +R3+UB+VS+Uf+R11R 1R ZO)(1URRRU211 UiVR2UZRLUO +R3+UB+VS+Uf+R11R 1R O2121fURRRRUU ZUU 由虚短可得：由虚短可得：BU 单片集成稳压电源，具有体积小单

8、片集成稳压电源，具有体积小, ,可靠性高可靠性高, ,使使用灵活用灵活, ,价格低廉等优点。价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端引出端,故称之为三端集成稳压器。故称之为三端集成稳压器。1. 分类分类两位数字为输出电压值两位数字为输出电压值三三端端稳稳压压器器输出固定电压输出固定电压输出正电压输出正电压78XX 输出负电压输出负电压79XX （1. 25 37 V 连续可调）连续可调）W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1输入端输入端3 公共端公共端2 输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形1 公共端公共端3输入端输

9、入端2 输出端输出端 输出电流超过输出电流超过 1. 5 A（加散热器）（加散热器） 不需要外接元件不需要外接元件 内部有过热保护内部有过热保护 内部有过流保护内部有过流保护 调整管设有安全工作区保护调整管设有安全工作区保护 输出电压容差为输出电压容差为 4% 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等等 。输出为固定正电压时的接法如图所示。输出为固定正电压时的接法如图所示。COW7805CiUi+_+_UO123 0.11 F1 F23220V 24V+C 24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO 15V1 F1 F0.33 F0.33 F1000 F

10、1000 F COW78XXCiUI+_+_UO123UXXUZRVS+_+_IO= I2 + ICCOW78XXCiUI+_+_UO123RURICI2IOV+ 开关型稳压电路：如果稳压电路中的调整管工开关型稳压电路：如果稳压电路中的调整管工作于开关状态，并通过控制其导通时间的长短来实作于开关状态，并通过控制其导通时间的长短来实现输出电压的调整和稳定。现输出电压的调整和稳定。 开关稳压电源具有效率高、体积小、重量轻、开关稳压电源具有效率高、体积小、重量轻、便于集成化，对交流电网电压和频率的变化适应便于集成化，对交流电网电压和频率的变化适应性强的优点。性强的优点。IIONTIoqUUTTdtU

11、TUON01KuIAUu当当 为高电平为高电平时，时，V饱和导，饱和导，Ku0Au当 为低电平时，V截止，电感L产生反电势使续流二极管VD导通， 波形如图5-23b所示，Au的平均值，即输出电压改变占空比改变占空比q可以调整开关型稳压器的输出电压可以调整开关型稳压器的输出电压又称可控硅。又称可控硅。优点：体积小、重量轻、耐压高、响应优点：体积小、重量轻、耐压高、响应速度快、控制灵活及使用方便等速度快、控制灵活及使用方便等G P1P2N1N2P1P2N1N2K GAKA V2V1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK V1V2G2Bii 1BG22Ciii 在极短时间内使两在

12、极短时间内使两个三极管均饱和导通，个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。此过程称触发导通。211CCii 2BG21ii EGEA+_RGi2BiG21iG2iGEA+_R V1V2Gi2BiGi21Gi2EGG2Bii 1BG22Ciii 211CCii 2BG21ii 必须使可控硅阳极电流减小必须使可控硅阳极电流减小, ,直到直到正反馈正反馈效应效应不能维持。不能维持。 将阳极电源断开或者在晶闸管的将阳极电源断开或者在晶闸管的URRMUFRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBOIHoUAKIAIG0IG1IG2正向平均电流正向平均电流)(曲线AKAUfIUFRM:晶闸管晶闸管控制极开路

13、且正向阻断情况下控制极开路且正向阻断情况下, ,允允许重复加在许重复加在晶闸管晶闸管两端的正向峰值电压。两端的正向峰值电压。一般取一般取UFRM = = 80% UB0 。普通普通晶闸管晶闸管 UFRM 为为100V 3000V控制极开路时控制极开路时, ,允许重复作用在允许重复作用在晶闸管晶闸管元元 件上的反向峰值电压。件上的反向峰值电压。一般取一般取 URRM = 80% UBR 普通普通晶闸管晶闸管 URRM为为100V3000VURRM：)(sin21m0mFIttdII 环境温度为环境温度为4040 C C及及标准散热条件下，标准散热条件下，晶闸晶闸管处于管处于全导通时全导通时可以连

14、续通过的工频正弦可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。半波电流的平均值。 IF t 2 i如果正弦半波电流的最大值为如果正弦半波电流的最大值为Im, 则则普通晶闸管普通晶闸管IF为为1A 1000A。额定电压额定电压, ,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取UFRM或或URRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流( (IF) 晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP300-10F表示表示额定正向平均电流为额定正向平均电流为300A, ,额额定电压为定电压为1000V,导通状态的平均压降为导通状态的平均压降为0.9V 。(1)。uuu To, 0。0,To uuu+VT t1 2 。

15、uu,u T 0o:1t 。0,To uuu tuO晶晶闸闸管管不不导导通通。,0,0g1 ut t 。uuu To, 0gu tO tOuO 控制角控制角 t1 tuO tguO t22 tTuO导通角导通角 tuUd21O )d(sin221ttU 2cos145. 0LLOO RURUI2cos145. 0 U +VTLeL tguO tTuO tOuO t1 tuO t22 +LVTVD+iL tOu tuO tTuO 2 tguOaRLVD2VT1b+VT1VT2RLuoVD1VD2+VT1VT2RLuoVD1VD2+bRLVD1VT2a tOu tuO tT1uO2 tguO tu

16、Ud1O )d(sin21ttUU 2cos19 . 0LO RURUI2cos19 . 0 U两种常用可控整流电路两种常用可控整流电路1. 该电路只用一只晶闸管，且其上该电路只用一只晶闸管，且其上 无反向电压。无反向电压。2. 晶闸管和负载上的电流相同。晶闸管和负载上的电流相同。(1)uVTVD2VD4u0RL+-+- 1. 该电路接入电感性负载时，该电路接入电感性负载时，V VD1、VD2 便便起续流二极管作用。起续流二极管作用。(2)2. 由于由于VT1的阳极和的阳极和VT2的阴极相连，两的阴极相连，两管控制极必须加独立的触发信号。管控制极必须加独立的触发信号。VT1VT2VD1VD2u

17、uORL+-+-与晶闸与晶闸管串联管串联接在接在输入输入端端接在接在输出输出端端 即使时间极短，也容易损坏器件。即使时间极短，也容易损坏器件。 RCRC 硒堆保护硒堆保护(硒整流片硒整流片)晶闸管元件晶闸管元件的阻容保护的阻容保护NPPN结结N型硅片型硅片2B1B1BBB1BRRRUU BBBBBB1BUURR 分压比分压比( (0.5 0.9) )UBB+_+_RP+_+_RB1RB2AUBB+_RP+_+_（2） 维持单结管导通的最小维持单结管导通的最小 电压、电流。电压、电流。 单结管由截止变导通单结管由截止变导通 所需发射极电压所需发射极电压。IpIVV截止区截止区P 3. 不同单结晶体管的谷点电压不同单结晶体管的谷点电压谷点电流谷点电流都都 不一样。谷点电压大约在不一样。谷点电压大约在2 5V之间。常选用之间。常选用 稍大一些，稍大一些， 稍小的单结晶体管，以增大输稍小的单结晶体管，以增大输 出脉冲幅度和移相范围。出脉冲幅度和移相范围。Uvug。uvOORLR1R2RPCRuZVT1VD1VD2VT2u2+C+RU2MRu2+uo+uZU2MuOouOzuOUP-UDR1R2RPCcRuZLugucuvUpRL