第12章直流稳压电源.ppt

1、,交流 电源,负载,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。,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。,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 D1 D4 接成电桥的形式构成。,12.1 整流电路,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。为符合整流需要的电压。,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

2、,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。,t,o,t,o,t,o,t,o,2,3,2,3,Im,2,2,3,3,uD1,uD3,uD4,uD2,uO,u,uD,iO,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 是变压器二次电压 u 的有效值。,截止管所承受的最高反向电压为,下图是单相桥式整流电路的简化

3、画法,例 1 已知负载电阻 RL = 80 ，负载电压 UO = 110 V。今采用单相桥式整流电路，交流电源电压为 380 V。(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,变压器二次侧电压的有效值为,考虑到变压器二次绕组及管子上的压降，变压器二次侧的电压大约要高出 10%，即 122 1.1 = 134 V。于是,因此可选用 2CZ55E 晶体二极管，其最大整流电流为 1 A，反向工作峰值电压为 300 V。,(2)变压器的变比及容量,变压器的变比,变压器二次侧电流的有效值为,变压器的容量为,可选用BK300(300 V A)，3

4、80/134 V 的变压器。,返回,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；,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，如下图所示。,RL,D1,D4,D3,D2,io,滤波后输出电压 uo 的波形变得平缓，平均值提高。,12.2 滤波器,+ uo= uc ,+ u ,经 C 滤波后 uO 的波形,t,uO,t,t,t t,O,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，UO 1.2U,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 = 50 Hz，负载

5、电阻 RL = 200 ，要求直流输出电压 UO = 30 V，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， 所以变压器二次侧电压的有效值为,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100 mA，反向工作峰值电压为 50 V。,(2)选择滤波电容器,选用 C = 250 F ，耐压为 50 V 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

6、波效果越好，而后又经过电容滤波，使输出电压更为平直。,返回,12.3 直流稳压电源,12.3.1 稳压管稳压电路,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 I

7、Z 就显著减小，使通过电阻 R 的电流和电阻上的压降保持近似不变，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 =(2 3)Uo,例 1 有一稳压管稳压电路，负载电阻 RL 由开路变到 3 k，交流电压经整流滤波后得出 UI = 30 V。今要求输出直流电压 UO = 12 V，试选择稳压管 DZ。,解 根据输出电压 UO = 12 V 的要求，负载电流最大值,可选择稳压管 2CW60，其稳定电压 UZ =(11.5 12.5)V，其稳定电流 IZ = 5 mA，最大稳定电流 IZM = 19 mA。,12.3.2 集成稳压电源,本节主要介绍 W7800

8、 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 5 V，8 V，12 V，15 V，18 V，24 V 多种。例如 W7812 的输出电压为 12 V。 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 0.1

9、 1 F 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 1 F 。,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= 0.3 V，R = 0.5 ， I2 = 1 A，由上式可算出 IC = 4 A，输出电流 IO = I2 + IC = 5 A，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

10、节输出电压 UO 的大小。,返回,12.4 晶闸管和可控整流电路,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

11、，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 UA UBO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 1 V 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:,K P ,导通时平均电压组别(小于 100 A 不标)，共 9 级，用 A 1 字母表示 0.4 1.2 V,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,单相半控桥式整流电路,ug,t,t,uO, ,12.4.2 可控整流电路, 导通角,iO,t,O,u2,O,O,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，这时如对引入触发脉冲 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