电工学第六章

1、理解单相整流电路和滤波电路的工作原理理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算及参数的计算; ;了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理工作原理; ;了解集成稳压电路的性能及应用了解集成稳压电路的性能及应用第第 6章直流稳压电源章直流稳压电源6.1整流滤波电路整流滤波电路6.2稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路6.3串联型线性稳压电路串联型线性稳压电路6.4 三端集成稳压电路三端集成稳压电路6.5 串联开关型稳压电路串联开关型稳压电路功能：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 将

2、交流电压转变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。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6.1整流滤波电路整流滤波电路t uDO u 负半周，负半周，VaVb，二极二极管管 1、3 导通，导通，2、4 截止截止 。uouD t tuD1uD3 ut U2U2U2 参数计算参数计算LLRURUI9 . 0oo o21DII UU2DRM o11. 1 d) sin(2122mIttII ) d(

3、sin21ttU U0.9 oU (1) 输出直流电压高；输出直流电压高； (2) 脉动较小；脉动较小； (3) 二极管承受的最大反向电压较低；二极管承受的最大反向电压较低； (4) 电源变压器得到充分利用。电源变压器得到充分利用。 目前，半导体器件厂已将整流二极目前，半导体器件厂已将整流二极管封装在一起，制成单相及三相整流管封装在一起，制成单相及三相整流桥模块，这些模块只有输入交流和输桥模块，这些模块只有输入交流和输出直流引线。减少接线，提高了可靠出直流引线。减少接线，提高了可靠性，使用起来非常方便。性，使用起来非常方便。解：例，负载电流平均值出电压平均值在图示电路中，已知输V15)(AVO

4、U波应选多大？设电网电压压有效值。试求：变压器二次电2)(mA100UIAVL的下限值为多少？向电压和最大反流时，其最大整流平均电。在选择二极管的参数动范围为RMFUI %10得由2)(9 . 0 UUAVOV7 .169 .0152U整流二极管参数为考虑到电网电压波动，mA5521 . 1)()(AVLAVDIIV2621 . 12UUDRM满足选择二极管的参数时应mA55)(AVDFIIV522DRMRMUUm2U m22UT1D2D3D1C2C3C m23UuOm22UuO2u1uT1D1C2u1um2UT1D2D1C2C2u1um2U1D2D3D1C2C3C m22U2u共阴极组中阳极

5、电位最高的二极管导通；共阴极组中阳极电位最高的二极管导通； D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o 三相变压器原绕组接成三三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形角形，副绕组接成星形共阳极组共阳极组共阴极组共阴极组2三相整流电路三相整流电路 在在 t1 t2 期间期间共阴极组中共阴极组中a点电位最高，点电位最高，D1 导通；导通； 共阳极组中共阳极组中b点电位最低，点电位最低，D4 导通。导通。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o负载电压负载电压变压器副边电压变压器副边电压uouaubuC2 t uoott1t2t3t4t5t6t7t8t9 在在 t2 t

6、3 期间期间共阴极组中共阴极组中a点电位最高，点电位最高，D1 导通；导通； 共阳极组中共阳极组中c点电位最低，点电位最低，D6 导通。导通。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o负载电压负载电压变压器副边电压变压器副边电压uouaubuC2 t t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto 在在 t3 t4 期间期间共阴极组中共阴极组中b点电位最高，点电位最高，D3 导通；导通； 共阳极组中共阳极组中c点电位最低，点电位最低，D6 导通。导通。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o负载电压负载电压变压器副边电压变压器副边电压uouaubuC2 t t1t2

7、t3t4t5t6t7t8t9uoto 在在 t4 t5 期间期间共阴极组中共阴极组中b点电位最高，点电位最高，D3 导通；导通； 共阳极组中共阳极组中a点电位最低，点电位最低，D2 导通。导通。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o负载电压负载电压变压器副边电压变压器副边电压uouaubuC2 t t1t2t3t4t5t6t7t8t9uotot1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto 在一个周期中，每个二极在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导管只有三分之一的时间导通（导通角为通（导通角为120）。）。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io cbau+ o变压器副边

8、电压变压器副边电压负载电压负载电压uouaubuC2 t LL34. 2oRURUI o31DII UU23DRM ) )d(30 sin(231ab26ttU UU2.34 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。其中既有直流成份又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电滤波电路利用储能元件电容两端的电压压(或通过电感中的电流或通过电感中的电流)不能突变的特性不能突变的特性, 滤掉整流滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。到平滑输出

9、电压波形的目的。 方法：方法：将电容与负载将电容与负载RL并联并联( (或将电感与负载或将电感与负载RL串串联联) )。3滤波电路滤波电路 u uC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，同时也给电容充电， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +aDuoubRLio= 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

10、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。uoU2 tOiD tO解：例滤波电容。，并选择整流二极管及有效值的电压。试求电源变压器二

11、次，负载电流压电的交流电源，要求直流频率是已知整流滤波电路如图示，22)()(1mA50V3050V220UuIUHzuAVOAVO得由2)(2 . 1 UUAVOV252 . 1302UmA252)(AVODII 电流为流经整流二极管的平均kIURAVOAVOL6 . 0)()( 负载电阻为V3522UUDRM 电压二极管承受的最大反向F6 .66)5 . 25 . 1 (2)53(LLRTCTCR得由V5 .38%)101 (22UUCM1u2uLRCSOU1u2uLROULOuut U2 tU2Ou优点：优点：导通角增大，峰值电流较小，输出特性比较平坦缺点：缺点：电感体积大，易引起电磁干

12、扰；电感量较大造成输出电压下降L uRLuo+C 滤波效果比滤波效果比LC滤波器更好，但滤波器更好，但二极管的冲击电二极管的冲击电流较大流较大。 比比 形形 LC 滤滤波器的体积小、波器的体积小、成本低。成本低。L uRLuo+C2+C1R uRLu+C2+C1 6.2稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路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+uIRRDZIz限流调压限流调压稳压电路稳压电路UO = UZ IR =

13、IO + IZUIUZUI UZ UO 基本不变基本不变 IRR IZ IR +UIRL+CIOUO+uIRRDZIzZMOOIMmin IIRUU (1) UZ = UO(2) IZM= (1.5 3) ICM(3) UI = (2 3) UO(4) RIIUU ominZMOIM OMZOImin IIUU ZIIRUU OMOImin 由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。UORFR2R1+ RL+UZRDZ+UUORFR2R1+ +RLRDZ+UZ+U反相输入恒压源反相输入恒压源同相输入恒压源同相输入恒压源ZFO1URRU ZFO)(11U

14、RRU 改变改变 RF 即可调节恒压源的输出电压。即可调节恒压源的输出电压。UiTR2UZRLUO +R3+UB+DZ+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样取样电路电路6.3串联型线性稳压电路串联型线性稳压电路 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

15、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。UITR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R Z211BO)(1URRRUU UiTR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R 单片集成稳压电源，具有体积小单片集成稳压电源，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

16、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）6.4三端集成稳压器三端集成稳压器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%

17、5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等等 。 ( 反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波动对稳压电路的影响。动对稳压电路的影响。0 0 o 100oo TIIU% UUUS ( 反映当输入电压和环境温度不变时，输出电流变反映当输入电压和环境温度不变时，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化时输出电压保持稳定的能力，即稳压电路的带负载能力。能力。00ooI %100 I T UUUS 0.0050.02% 0.11.0%(3) 输出电压输出电压 UO (6) 最大输入电压最大输入电压 UiM (7) 最大功耗

18、最大功耗 PM OMOIMM)(IUUP (4) 最大输出电流最大输出电流 IOM (5) 最小输入、输出电压差最小输入、输出电压差 (Ui -UO ) min 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 F1000 F COW78XXCiUI+_+_UO123UXXUZRDZ+_+_IO= I2 + IC 当当 IO较小时，较小时，UR较小，较小，T截止截止 ，IC=0

19、。COW78XXCiUI+_+_UO123RURICI2IOT+ R 可由功率管可由功率管 T的的UBE和稳压器的和稳压器的IOM确定确定, 即即R UBE /IOM 。)V1(25112ORR.U 流过调整端电流流过调整端电流 100 A，在要求不高的场合它，在要求不高的场合它在在R2上的压降可以忽略上的压降可以忽略COCW117CiUi+_+_UO321 AdjR1R2240 1F0.1F6.5串联开关型稳压电路串联开关型稳压电路自看6. 直流稳压电源 理解单相整流电路、滤波电路、稳压管稳压电路、串联稳压电路的工作原理。了解直流稳压电源的基本组成。理解并掌握三端集成稳压器的基本原理及应用6

20、) 直流稳压电源部分a. 基本概念：整流、滤波、稳压的概念，器件型号的选择，三端集成稳压器型号意义。b. 电路分析计算：各种整流、滤波、稳压电路的分析计算，三端集成稳压器外接电路元件组成可调电源电路的分析计算。单相桥式整流电路，已知交流电网电压为单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220V，负载电阻负载电阻 RL = 50 ，负载电压，负载电压Uo=100V，试求变压器，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。的变比和容量，并选择二极管。V 1119.01009.0o UU A122121oD IIV 17212222DRM UU A250110Loo RUI 考虑到变压器副绕组及二极管上的压

21、降，变压器考虑到变压器副绕组及二极管上的压降，变压器副边电压一般应高出副边电压一般应高出 5%10%，即取，即取 U = 1.1 111 122 V81122220 .K 变比变比 I = 1.11 Io= 2 1.11 = 2. 2 A S = U I = 122 2.2 = 207. 8 V A变压器副边电压变压器副边电压 U 122 V A1D IV 172DRM U 可选用二极管可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为反向工作峰值电压为300V。uo+_u+_RLD2D4 D1D3当当D2或或D4断开后断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和和D3导导通，负载中有电流通，负载中有电流过，负载电压过，负载电压uo o= =u；负半周时，；负半周时，D1和和D3截止，负载中无电流通截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，过，负载两端无电压， uo o =0=0。 uo u 2 34tt234oo 则正半周时，二极管则正半周时，二极管D1、D4或或D2、D3导通，电流导通，电流经经D1、D4或或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因而造成电源短路，电流很大，因此变压