城市轨道交通电工电子技术及应用课件 模块10 直流电源

模块10直流电源1.掌握直流稳压电源的组成；2.掌握桥式整流电路；3.了解整流、滤波电路有关电流的计算，二极管、电容的选择；4.掌握电容滤波对整流电路的影响；5.掌握晶体管稳压电路。单元10.1直流稳压电源电源变压器的分类分类线性稳压电路参数稳压电源反馈调整型稳压电源非线性稳压电路按激励方式分为自激式、它激式按调制方式分脉宽调制型、频率调制型、宽度和频率均改变的混合型按使用开关管的类型分为有晶体管和可控硅型按开关管电流工作方式分为分开关型变换器和谐振型变换器单元10.2整流电路一、单相桥式整流电路的工作原理1.单相半波整流电路工作原理整流电压、电流平均值的计算

注意：考虑到电网电压的波动，在实际选用二极管时，对最大整流电流IOM和最高反向工作电压URM至少应留有10%的裕度，以保证二极管安全工作。整流二极管参数的计算与选择解:例：有一个单相半波整流电路，已知负载电阻RL=750Ω,变压器副边电压U2=20V，试求UL、IL，并选用二极管。2.单相桥式整流电路工作原理u2为正半周时，a点电位高于b点电位，二极管D1、D3承受正向电压而导通，D2、D4承受反向电压而截止。此时电流的路径为：a→D1→RL→D3→b。u2为负半周时，b点电位高于a点电位，二极管D2、D4承受正向电压而导通，D1、D3承受反向电压而截止。此时电流的路径为：b→D2→RL→D4→a。

整流电压、电流平均值的计算

注意：考虑到电网电压的波动，在实际选用二极管时，对最大整流电流IOM和最高反向工作电压URM至少应留有10%的裕度，以保证二极管安全工作。整流二极管参数的计算与选择二、单相桥式整流电路的性能指标例：在单相桥式整流电路中，已知变压器副边电压有效值U2=20V，负载电阻RL=150Ω，试求：（1）输出电压平均值和输出电流平均值。（2）流过二极管电流的平均值和二极管所承受的最大反向电压。解：（1）输出电压平均值为：输出电流平均值为：（2）流过二极管电流的平均值为：

二极管承受的最大反向电压为:简化画法+uL

RLiL~+u2

习惯画法类型电路整流电压的波形整流电压平均值每管电流平均值每管承受最高反压单相半波0.45U2单相全波0.9

U2单相桥式0.9

U2三相半波1.17

U2三相桥式2.34

U2整流器件：整流二极管、整流堆、整流组件小电流整流二极管螺栓二极管平板型二极管单元10.3滤波电路一、电容滤波电路D导通时给C

充电，

D截止时C向RL放电；滤波后uL

的波形变得平缓，平均值提高。电容充电电容放电RLD1D4D3D2iOC~+

uO=uc

+u2

单相桥式整流电容滤波电路的工作原理如下：当接入电容C时，在输入电压U2正半周时间内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止。整流电流分两路，一路经二极管D1、D3向负载RL提供电流，另一路向电容器C充电，如图中ab段，充电时间τ=RLC。当电容电压被充至最大值时，输入电压U2按正弦规律下降，而电容电压下降速度较慢，使得U2<UC，此时D1、D3反向截止。电源不能给负载提供电流，电容器C向负载RL放电，如图中bcd段。

当输入电压U2进入负半周时间内，D2、D4在短时间内不能导通，在U2电压高于UC绝对值时，D2、D4导通，电源向负载提供电流，并再一次对电容进行充电，重复上一个循环。当电容进行不断地充、放电时，负载上得到如图所示的波形。该波形与整流后的波形相比脉动幅度减小，波形更为平滑。电容容量越大，放电越慢。一般电容取得较大时，输出电压按下式估算：电容滤波电路滤波原理ab、de:电容充电；bcd、

efg：电容放电。ab:D1D3导通；bcd：D截止;de:D2D4导通；efg:D截止。efg输出电流Io(A)0.05以下0.05～0.10.1～0.50.5～112电解电容量C(μF)200200～500500100020003000电容滤波电路中电容的选用二、其他形式的滤波电路(1)电感滤波电路利用储能元件电感器L的电流不能突变的性质，把电感Ｌ与整流电路的负载相串联，也可以起到滤波的作用。图桥式整流电感滤波负载电流越大，电感量越大，滤波效果越好适用于负载电流较大的场合。在滤波电容C之前一个电感L构成了LC滤波电路。这样可使输出至负载RL上的电压的交流成分进一步降低。该电路适用于高频或负载电流较大并要求脉动很小的电子设备中。(2)复式滤波电路a）LC型滤波器b）πLC滤波器c）πRC型滤波器a）LC型滤波器b）πLC滤波器c）πRC型滤波器

图9-8复式滤波电路【例】在单相桥式电容滤波整流中，若要求直流输出电压6V，

负载电流为60mA，试选择合适的整流二极管及滤波电容。解:（1）选二极管选二极管应满足:IFM

（2

3）

IF可选:2CZ82A（IF=100mA，URM=25V）流过每只二极管的电流平均值:每只二极管承受的最高反向电压：（2）选滤波电容可选：200F，

耐压50V的电解电容电容的耐压：因，IL=60mA查表，变压器副边电压：单元10.4稳压电路整流滤波由于电网电压波动或负载变化，输出直流电压也随之会发生变化。稳压一、硅稳压管稳压电路1.稳压二极管的工作特性uz（V）Iz(mA)0正向特性反向特性△UzABIzminIzmax稳压原理：反向电流在很大范围内变化时，其两端电压却基本保持不变。V符号为什么普通二极管不允许工作在反向击穿区，而稳压二极管却工作在该区？因为，稳压管是采用特殊工艺制造的硅二极管，它的PN结可承受较大的反向电流和耗散功率，因此可以工作在反向击穿区。硅稳压管使用注意事项：（1）在使用时，稳压管应反接，即稳压管的负极接电源的高电位，而正极应接电源的低电位。（2）电源电压高于稳压管的稳压值时，才起稳压作用。（3）使用时，当一个稳压值不够时，可把多个稳压管串联使用，但绝不可并联使用。2.稳压二极管的主要参数稳定电压vz：稳压管工作时它两端所呈现的电压。

此外，还有动态电阻和温度系数。它们的参数值越小，稳压性能越好。最大稳定电流Izmax

：稳压管正常工作时允许通过的最大电流。最小稳定电流Izmin

：稳压正常工作时允许通过的最小电流。稳定电流Iz

：稳压管正常工作时，反向电流的参考数值。它介于最大稳定电流和最小稳定电流之间。最大耗散功率PzM

：稳压管正常工作时所能承受的最大的耗散功率。动态电阻rz

：稳压管两端电压变化量与电流变化量的比值。

rz越小，管子稳压性能越好。3.稳压管稳压电路的工作原理电路组成稳压原理（1）负载不变，电网电压变化Ui↑→UL↑→Iz↑→IR↑→UR↑→UL↓（2）电网电压不变，负载变化RL↓→UL↓→Iz↓→IR↓→UR↓→UL↑小结：利用稳压管电流的变化，引起限流电阻R两端电压的变化，从而达到稳压的目的。特点：电路结构简单，设计制作容易，但稳压性能较差，输出电压受稳压管自身参数的限制。适用于小功率场合。ILULIZVZ~+u2

C+UL

RLVzR当电网电压升高时，调整R使其增大；反之R减小。当负载增大时，调整R使其减小；反之R增大。R为调整元件简单串联稳压电路1.电路组成a.取样电路—由R1、R2、RP组成的电阻分压电路b.基准电压—由稳压管VDZ与R3串联组成。c.比较放大电路—由运算放大器完成。d.调整电路—由调整管V组成。

二、串联型可调直流稳压电路2.稳压原理当交流电网电压U2升高时有U2↑→UI↑→UO↑→运放反相输入电压U-↑→（UZ-U-）↓→VB↓→IB↓→IC↓→UCE↑→UO↓当交流电网电压不变，负载RL变小时，有 RL↓→IO↑→UO↓→运放反相输入电压U-↓→（UZ-U-）↑→VB↑→IB↑→IC↑→UCE↓→UO↑

硅稳压二极管应用时应注意：(1)在电路中需反接(即稳压二极管的负极接电路中的高电位，正极接低电位)才能稳定电压(稳压二极管加正向电压时性质与普通二极管相同)。若接反，相当于电源短路，电流过大会使稳压管过热烧毁。(2)稳压二极管必须在电源电压高于它的稳压值时才能稳压。(3)使用时当一个稳压管的稳压值不够，可以用多个稳压管串联使用，但绝对不能并联使用。三、直流