第九章 直流稳压电源

1、直流稳压电源直流稳压电源滤波滤波整流整流稳压稳压变压变压交流交流电源电源负负载载OtuOtuOtuOtuOtu220 V单向脉动直流单向脉动直流电压电压合适的合适的交流电压交流电压滤波滤波稳压稳压一、半波整流一、半波整流)sin(222tUu tO 2 3 u222U tO 2 3 uO22U 0 2O)(d)sin(221ttUU 245. 0U tO 2 3 iD= iO2RM2UU L2OD45. 0RUII RL220 V+ uu2iD+ uD tO 2 3 uD22U V3RLV4V2V1u1u2+uo ioRLV4V3V2V1+uo u2u1输入正半周输入正半周1.1.工作原理工作

2、原理2. 波形波形输入负半周输入负半周 tO tO tO tO 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD= iO22U22UU2+uo 二、桥式整流电路二、桥式整流电路3. 参数估算参数估算1) ) 整流输出电压平均值整流输出电压平均值)(d)sin(21 0 OttUU 229 . 022UU 2) ) 二极管平均电流二极管平均电流LOOD221RUII L245. 0RU 3) ) 二极管最大反向压二极管最大反向压2RM2UU to to to to 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uOu2uDiD = iO22U22UU24. 简化画法简化画法+uo RLio+u2

3、5. 整流桥整流桥把四只二极管封装把四只二极管封装在一起称为整流桥在一起称为整流桥 单向半波、桥式整流单向半波、桥式整流电路的区别是什么电路的区别是什么? 单向半波、桥式整流单向半波、桥式整流电路中二级管承受的电路中二级管承受的最高反向工作电压分最高反向工作电压分别是多少？别是多少？ 如何选择整流如何选择整流二级管？二级管？ 讨论题讨论题io + uo= uc RLV1V4V3V2+u 一、电容滤波电路一、电容滤波电路V 导通时给导通时给 C 充电，充电，V 截止时截止时 C 向向 RL 放电放电；1. 电路和工作原理电路和工作原理滤波后滤波后 uo 的波形变得平缓，平均值提高。的波形变得平缓

4、，平均值提高。电容电容充电充电电容电容放电放电C电容滤波电路2. 波形及输出电压波形及输出电压2O2U U 当当 RL = 时：时：O tuO 2 22U当当 RL 为有限值时：为有限值时：2O229 . 0UUU 通常取通常取 UO = 1.2U2RC 越大越大 UO 越大越大2)53(LTCR RL = 为获得良好滤波效果，一般取：为获得良好滤波效果，一般取：( (T 为输入交流电压的周期为输入交流电压的周期) )例例: : 单相桥式电容滤波整流，交流电源频率单相桥式电容滤波整流，交流电源频率 f = 50 Hz，负载电阻负载电阻 RL = 40 ，要求直，要求直流输出电压流输出电压 UO

5、 = 20 V，选择，选择整流二极管整流二极管及及滤波电容。滤波电容。 解解: :1. 选二极管选二极管V 172 . 1202 . 1O2 UU2RM2UU 选二极管应满足：选二极管应满足：IF (2 3) ID可选：可选：2CZ55C( (IF = 1 A，URM = 100 V) )或或 1 A、100 V 整流桥整流桥电流平均值：电流平均值： A0.2540 20212121LOOD RUII承受最高反压：承受最高反压：V 2422RM UU2. 选滤波电容选滤波电容s 02. 05011 fTs 04. 024 L TCR取取F 0001 40s 0.04 C可选可选： 1 000

6、F，耐压，耐压 50 V 的电解电容。的电解电容。二、电感滤波二、电感滤波RLL+u2 整流后的输出电压：整流后的输出电压：直流分量直流分量被电感被电感 L 短路短路交流分量交流分量主要主要降在降在 L 上上电感越大，滤波效果越好电感越大，滤波效果越好三、三、 型滤波型滤波L C1RL+u2 C2C1、C2 对交流对交流容抗小容抗小L 对交流对交流感抗感抗很很大大负载电流小时负载电流小时练练习习为什么要采用滤为什么要采用滤波电路？波电路？ 简述电容滤波电简述电容滤波电路的工作原理。路的工作原理。 RLCRIRIZDZ+UL +UC +u IL+ UR稳压稳压电路电路引起电压不稳定的原因引起电压

7、不稳定的原因交流电源电压的波动交流电源电压的波动负载电流的变化负载电流的变化 交流电源电压增加交流电源电压增加 整流输出电压整流输出电压UC增加增加负载电压增加负载电压增加 稳压管的电流稳压管的电流IZ显著增加显著增加 限流限流电阻电阻R上的压降增加上的压降增加负载电压保持基本不变。负载电压保持基本不变。RLCRIRIZDZ+UL +UC +u IL+ URu UC ULIZIRURUL RLCRIRIZDZ+UL +UC +u IL+ URRL IL ULIZIRURUL 电源电压保持不变，负载电流增大电源电压保持不变，负载电流增大电阻电阻R上的上的压降增大压降增大负载电压下降负载电压下降

8、稳压管电流显著减小稳压管电流显著减小通通过电阻过电阻R的电流和电阻上的压降保持近似不变的电流和电阻上的压降保持近似不变负载负载电压近似不变。电压近似不变。8+Uo +UI RLV1+UCE 并联型并联型稳压电路稳压电路 调整管与负载并联调整管与负载并联串联型串联型稳压电路稳压电路 调整管与负载串联调整管与负载串联+UI 取取样样电电路路调整管调整管比较放大比较放大电路电路基准电压基准电压UZUF 一、结构和稳压原理一、结构和稳压原理 稳压的实质：稳压的实质：UCE 的自动调节使输出电压恒定的自动调节使输出电压恒定串联反馈式稳压电路二、输出电压的调节范围二、输出电压的调节范围8+Uo +UI R

9、 2RLR 1R1UFUZR2RPZp212OFURRRRUU Z2p21OURRRRU Zp2p21minOURRRRRU Z2p21maxOURRRRU 一、固定输出的三端集成稳压器一、固定输出的三端集成稳压器Uo = 12VW7812123Co+UiCi抵消输入抵消输入长接线的长接线的电感效应，电感效应，防止自激防止自激改善负载改善负载的暂态响的暂态响应应,消除高消除高频噪声频噪声Uo W78 123Co+UiCiUo W79 321Co+UiCiW78 系系列列W79 系系列列提高输出电压的电路提高输出电压的电路 1Q12RRRIIII 输出电压输出电压 UO = U + UZW781

10、32 Ci CO DZ+UO +Ui +U +UZ R+Ui W78+UO R1R2IQIR2CiCO +U IR1(1)(2)22ORIUUR 2111RIRIRR URR)1(12改变改变R1、R2可改变输出电压可改变输出电压二、可调输出的三端集成稳压器二、可调输出的三端集成稳压器 LM317LM317的输的输出端和调整出端和调整端的电压为端的电压为1.2 V1.2 V。2 . 1)1(1POmax RRU静态电流静态电流 IQ很小可忽略。很小可忽略。UOmin = 1.2 VUo LM3173C+UiCIR1RPCO+RP 调到最上端时调到最上端时:RP 调到最调到最下端时下端时:V2

11、.352 . 1)24. 08 . 61( 1.2 V UO 35.2V封装封装CW78051 2 3UIUOGNDCW79051 2 3UIUOGND符号符号CW7800+213CW790013_2_塑料封装塑料封装金属封装金属封装3129.3晶闸管及晶闸管及整流电路整流电路一、晶闸管结构一、晶闸管结构电力电子技术GP1N1N2N2P2AKPNPNPNPN四层半导体结构。四层半导体结构。由管芯引出三个电极，称阳极由管芯引出三个电极，称阳极A A、阴、阴极极K K和门极和门极GG。p 具有具有J1、J2、J3三个三个PN结。结。p 可用三个二极管或两个三极管等效。可用三个二极管或两个三极管等效

12、。AP1N1P2N2GKKAGGKA晶闸管的外形晶闸管的外形KPKP螺旋式螺旋式平板式平板式晶闸管模块晶闸管模块 晶闸管加阳极负电压-UA时(即阳极接电源负极，阴极接电源正极)，因为至少有一个PN结反偏截止，只能通过很小的反向漏电流，故晶闸管截止。此时，晶闸管的状态称为。 晶闸管加阳极正电压UA时(即阳极接电源正极，阴极接电源负极)，若控制极不加电压，仍有一个PN结反偏截止，只有很小的正向漏电流，故晶闸管仍然截止。此时，晶闸管的状态称为。 二、晶闸管的工作原理二、晶闸管的工作原理 UGK为正时，V2正偏导通，EC产生的控制极电流IG就是V2的基极电流IB2，它又是三极管V1的基极电流，V1的集

13、电极电流IC1。电流又流入V2的基极，再一次放大。这样循环下去，形成了强烈的正反馈，使两个三极管很快达到饱和导通，晶闸管导通。 晶闸管导通后，导通状态完全依靠管子本身的正反馈作用来维持，即使控制极电流消失，晶闸管仍将处于导通状态。 控制极的作用仅是触发晶闸管使其导通，导通之后，控制极就失去了控制作用。 三、晶闸管电压电流特性三、晶闸管电压电流特性A正向导通雪崩击穿O+UA-UA-IIAIHIG2IG1IG=0UboUDSMUDRMURRMURSM 晶闸管的导通和截止是由阳极电压UA，阳极电流IA及控制极电压UG(电流IG)等决定的，在实际应用中常用实验曲线来表示它们之间的关系，这曲线称为晶闸管

14、的电压电流特性曲线。 晶闸管导通后可以通过很大的电流，而它本身的压降只有1V左右，所以这一段特性曲线(BC段)靠近纵轴而且陡直，与二极管正向特性曲线相似。 晶闸管的反向特性与一般二极管相似 。四、晶闸管的主要参数四、晶闸管的主要参数断态重复峰值电压断态重复峰值电压UDRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。反向重复峰值电压反向重复峰值电压URRM 在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。通态（峰值）电压通态（峰值）电压UT 晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。使用注意：使用注意：通常取晶闸管的UDRM和URRM中较小的标值

15、作为该器件的额定电压额定电压。选用时，一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压23倍。通态平均电流通态平均电流 I IT(AVT(AV）在环境温度为40C和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值最大工频正弦半波电流的平均值。标称其额定电流的参数。使用时应按有效值相等的原则有效值相等的原则来选取晶闸管。维持电流维持电流 I IH H 使晶闸管维持导通所必需的最小电流。一、电阻性负载一、电阻性负载tTVTR0a)u1u2uVTudidt12 tttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00电炉、电焊及白炽灯等均属于电阻性负载。组成：组成：由晶闸管

16、KP、负载电阻Rd和整流变压器TR。变压器T起变换电压和电气隔离的作用。u2为负半波KP承受反向电压KP截止id=0，ud=0，uT=u2 u2的下一个周期工作情况同上所述，循环往复。 :时刻t01KP截止ud=0id=0因晶闸管和电阻负载是串联连接id=i2=iT=0，uT=u2 时刻：1tu2仍为正半波KP承受正向电压门极有触发 022TddddduRuRuiuuKP，导通，时刻：22cos145. 0)(sin22122aaUttdUUd（1 1）输出直流电压平均值）输出直流电压平均值U Ud d（2 2）输出直流电流平均值）输出直流电流平均值 2cos145. 02addddRURUI

17、（3 3）输出电压有效值和电流有效值）输出电压有效值和电流有效值 aa42sin22ddRURUIaaa42sin2)()sin(2(21222UtdtUU单相半波可控整流电路，电阻负载，由220V交流电源直接供电。负载要求的最高平均电压为60V，相应的平均电流为20A，试计算晶闸管的导通角、晶闸管承受的最大正、反向电压。 (1) 求出最大输出时的控制角，得 (2) 求晶闸管两端承受的正、反向峰值电压Umd22260cos110.2120.450.45220UUa m22311VUU77.8aottttu20t12 tug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+ + +a)u1TVTRLu2uVTudid变压器T起变换电压和电气隔离的作用。电机的励磁线圈、差电动机电磁离合器的励磁线圈以及输出串接平波电抗器属于电感负载。:时刻t01KP截止id=0，ud=0，uk=u2 :时刻tt21KP导通id= ，ud=u2，uk=0 :时刻t2时刻t2由于电感Ld的作用电流不能突变，id只能从零逐渐增大，到已升至最大值，Ld存储能量，eL的极性为上正下负。:时刻t3:时刻2t