直流稳压电源(9)

1、第4章 直流稳压电源,电子技术基础,4.1 整流电路 4.2 滤波电路 4.3 晶闸管（可控硅）的结构和工作原理 4.4 单相半波可控整流电路 4.5 稳压电路,目录,上一页,下一页,概述,小功率直流稳压电源一般由交流电源、变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路几部分组成，如图4-1所示。它们各部分的作用为： (1)整流变压器将常规的输入交流电压(220V、380V)变为整流电路所要求的交流电压值。 (2)整流电路由整流器件组成，它将交流电变换成方向不变但大小随时间变化的脉动直流电。将交流电变换为直流电的过程叫做整流。 (3)滤波电路再将单方向脉动直流电中所含的大部分交流成分滤掉，得到一个较平滑

2、的直流电。 (4)稳压电路用来消除由于电网电压波动、负载改变对其产生的影响，从而使输出电压稳定。,上一页,下一页,4.1 整流电路,4.1.1 单相半波整流电路 1工作原理 单相半波整流电路如图42(a)所示。它是最简单的整流电路，由整流变压器、整流二极管V及负载电阻RL组成。其中v1 、v2分别为整流变压器的原边和副边交流电压。 在负载电阻RL得到的是如图42 (b)所示的单向脉动电压。,下一页,上一页,返回,设在交流电压正半周(0t1)，v20，A端电位比B端电位高，二极管V因加正向电压而导通，电流IL的路径是AVRLBA。注意到，忽略二极管正向压降时，A点电位与C点电位相等，则v2几乎全

3、部加到负载RL上，RL上电流方向与电压极性如图4-2所示。 在交流电压负半周(t1t2)，v20，A端电位比B端电位低，二极管V承受反向电压而截止，v2几乎全部降落在二极管V上，负载RL上的电压基本为零。 由此可见，在交流电一个周期内，二极管半个周期导通半个周期截止，以后周期性地重复上述过程，负载RL上电压和电流波形如图4-2(b)、(c)所示。由于输出的脉动直流电的波形是输入的交流电波形一半，故称为半波整流电路。输出电压vL中包含直流成分与交流成分，与输入的交流电比较有了本质的改变，即变成了大小随时间改变但方向不变的脉动直流电。,4.1 整流电路,上一页,下一页,返回,4.1 整流电路,2负

4、载RL上的直流电压和电流的计算 单相半波整流电路中，输出脉动直流电压平均值： 式中V2整流输入端的交流电压有效值。 为了便于计算，有时依据负载RL上的电压VL来求得整流变压器二次电压V2，这时： 流过负载RL的直流电流平均值IL可根据欧姆定律求出，即,下一页,上一页,返回,4.1 整流电路,3整流二极管上的电流和最大反向电压 二极管导通后，流过二极管的平均电流IF与RL上流过的平均电流相等，即 由于二极管在v2负半周时截止，承受全部v2反向电压，所以二极管所承受的最大反向电压VRM就是v2的峰值，即,请看例题,下一页,上一页,返回,4.1 整流电路,4.1.2 单相桥式整流电路 1工作原理 单

5、相桥式整流电路是由四个整流二极管接成电桥的形式构成的，如图43所示。 无论电压v2是在正半周还是在负半周，负载电阻RL上都有相同方向的电流流过。因此在负载电阻RL得到的是单向脉动电压和电流，忽略二极管导通时的正向压降，则单相桥式整流电路的波形如图44所示。,下一页,上一页,返回,请看动画,4.1 整流电路,2负载RL上直流电压和电流的计算 在单相桥式整流电路中，交流电在一个周期内的两个半波都有同方向的电流流过负载，因此在同样的V2时，该电路输出的电流和电压均比半波整流大一倍。输出电压为 依据负载RL上的电压VL来求得整流变压器二次电压： 流过负载RL的直流电流平均值：,下一页,上一页,返回,4

6、.1 整流电路,3 整流二极管上的电流和最大反向电压 在桥式整流电路中，由于每只二极管只有半周是导通的，所以流过每只二极管的平均电流只有负载电流的半，即 每只二极管承受的最大反向电压也是v2的峰值，即,下一页,上一页,返回,4.2 滤波电路,滤波电路利用电容或电感在电路中的储能作用，当电源电压(或电流)增加时，电容(或电感)把能量储存在电场(或磁场)中；当电源电压(或电流)减小时，又将储存的能量逐渐释放出来，从而减小了输出电压(或电流)中的脉动成分。得到比较平滑的直流电压。实用滤波电路的形式很多，如电容滤波、电感滤波、复式滤波电路(包括倒L型、RC型、LC型滤波)等，如图45所示。,下一页,上

7、一页,返回,请看动画,4.2 滤波电路,4.2.1 电容滤波电路 图46所示为单相桥式整流电容滤波电路。 采用电容滤波后： (1)负载直流平均电压升高，脉动程度大大降低。 (2)负载电压平均值有所提高。 (3)二极管导通时间减小，导通角总是小于。 (4)外特性变差。,下一页,上一页,返回,请看例题,4.2 滤波电路,4.2.2 电感滤波电路 电感滤波电路如图47所示，即在整流电路与负载电阻之间串联一个电感器L。由于在电流变化时电感线圈中将产生自感电动势来阻止电流的变化，使电流脉动趋于平缓，起到滤波作用。,下一页,上一页,返回,4.2 滤波电路,4.2.3 复式滤波电路 图48所示是LC型滤波电

8、路，它由电感滤波和电容滤波组成。 图49所示是LC型滤波电路，可看成是电容滤波和LC型滤波电路的组合。 图410所示是RC型滤波电路，选用电阻器R来代替电感器L。 当使用一级复式滤波达不到对输出电压的平滑性要求时，可以增添级数，如图411所示。,下一页,上一页,返回,43 晶闸管（可控硅）的结构和工作原理,431 晶闸管的外形与符号 晶闸管又称可控硅，从外型上区别有螺栓式和平板式等。晶闸管的外形及符号如图4-12所示。晶闸管有三个电极：阳极A、阴极K、门极G。在图4-12(a)中带有螺栓的一端是阳极A，利用它和散热器固定，另一端是阴极K，细引线为门极G。在图4-12(b)中示出大功率的平板式晶

9、闸管，其中间金属环连接出来的引线为门极，离门极较远的端面是阳极A，较近的端面是阴极K，安装时用两个散热器把平板式晶闸管夹在中间，以保证它具有较好的散热效果。晶闸管的图形符号如图4-12(c)所示，文字符号为VT。,上一页,下一页,返回,432 晶闸管的结构及导电特性 1结构 不论哪种结构形式的晶闸管，管芯都是由四层三端器件（P1 N1 P2 N2）和三端(A、G、K)引线构成。因此它有三个PN结J1，J2，J3，由最外层的P层和N层分别引出阳极和阴极，中间的P层引出门极，如图4-13a所示。如果将三个PN结和四层半导体看成是由PNP和NPN型两个三极管连接而成，如图4-13b所示，则每个三极管

10、的基极和另一个三极管的集电极相连，阳极A相当于V1管的发射极，阴极K相当于V2管的发射极，门极相当于V2管的基极，那么普通晶闸管不仅具有硅整流二极管正向导通、反向截止相似的特性，更重要的是它的正向导通是可以控制的，起这种控制作用的就是门极。,43 晶闸管（可控硅）的结构和工作原理,上一页,下一页,返回,2.导电特性 单向晶闸管可以理解为一个受控制的二极管，由其符号可见，它也具有单向导电性，不同之处是除了应具有阳极与阴极之间的正向偏置电压外，还必须给控制极加一个足够大的控制电压，在这个控制电压作用下，晶闸管就会像二极管一样导通了，一旦晶闸管导通，控制电压即使取消，也不会影响其正向导通的工作状态。

11、,43 晶闸管（可控硅）的结构和工作原理,上一页,下一页,返回,3 .结论： (1)晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管的正向导通必须有一定的条件阳极加正向电压，同时门极还必须加正向触发电压。 (2)晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，这就是晶闸管的半控特性。要使晶闸管关断，必须做到两点：一是将阳极电流减小到小于其维持电流IH，二是将阳极电压减小到零或使之反向。,43 晶闸管（可控硅）的结构和工作原理,上一页,下一页,返回,433 晶闸管的主要参数 1正向转折电压UBO 2.正向断态重复峰值电压UDRM 3.反向重复峰值电压URRM 4.通态平均电

12、流IT(AV) 5.通态平均电压UT(AV) 6.维持电流IH,43 晶闸管（可控硅）的结构和工作原理,上一页,下一页,返回,44 单相半波可控整流电路,441 单相半波可控整流电路 1.电路结构 单向半波可控整流电路如图4-14所示。其中u2为交流电源变压器的次级电压，变压器TR起变换电压和电气隔离作用；Rd为电阻负载，其特点是：电压与电流成正比，两者波形相同。,上一页,下一页,返回,2.工作原理 （1）两个重要概念： 1）触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度，用表示，称为触发角或控制角。 2）导通角：晶闸管在一个电源周期内处于通态的电角度，用表示。,44 单相

13、半波可控整流电路,上一页,下一页,返回,（2）工作原理分析：（波形如图4-15所示）,44 单相半波可控整流电路,上一页,下一页,返回,3.数量关系,44 单相半波可控整流电路,上一页,下一页,返回,4.单相半波可控整流电路特点： （1） VT的移相范围为1800。 （2）电路结构简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。 （3）只适用于小容量，重量轻等技术要求不高的场合。,44 单相半波可控整流电路,上一页,下一页,返回,442 单相桥式可控整流电路 1.电路结构 在单相桥式二极管整流电路中，把其中两个二极管换成晶闸管就组成单相半控桥式整流电路，晶闸管VT1、

14、VT2的阴极接在一起称共阴极连接。即使Ug1、Ug2同时触发两管时，只能使阳极电位高的管子导通，导通后使另一管子承受反压而阻断。VD1、VD2的阳极接在一起称共阳极连接，总是阴极电位低的导通。如图4-16所示。,44 单相半波可控整流电路,上一页,下一页,返回,2.工作原理 1）0 t1期间：四只管子均截止。 2）t1 期间：VT1、VD2导通，电流1VT1Rd VD22。 3）t2期间：四只管子均截止。 4）t2 2期间：VT2、VD1导通，电流2VT2Rd VD11。,44 单相半波可控整流电路,上一页,下一页,返回,3.数量关系,44 单相半波可控整流电路,上一页,下一页,返回,45 稳

15、压电路,451 硅稳压管稳压电路 1电路组成 图4-17所示的是硅稳压管稳压电路。图中可见稳压管VDz并联在负载RL两端，因此它是一个并联型稳压电路。电阻R是稳压管的限流电阻，是稳压电路中不可缺少的元件。稳压电路的输入电压Ui是整流、滤波电路的输出电压。,下一页,上一页,返回,2稳压原理 稳压管是利用调节流过自身的电流大小(端电压基本不变)来满足负载电流的改变，并和限流电阻配合将电流的变化转换成电压的变化，以适应电网电压的波动。 当电网电压波动或负载变化时，设使得输出电压下降，则流过稳压二极管的反向电流也减小，导致通过限流电阻R上的电流也减小，这样使R上的压降也下降，根据的关系，使输出的下降受

16、到限制，上述过程可用符号表达为,45 稳压电路,上一页,下一页,返回,3电路特点 硅稳压管稳压电路结构简单，元件少。但输出电压由稳压管的稳压值决定，不可随意调节，因此输出电流的变化范围较小，只适用于小型的电子设备中。,45 稳压电路,上一页,下一页,返回,452 串联型晶体管稳压电路 1电路结构 图4-18为三极管串联稳压电路原理图，它由取样电路、基准电压、比较放大器及调整元件等环节组成，其方框图如图4-19所示。,45 稳压电路,上一页,下一页,返回,2电路中各部分的作用,45 稳压电路,上一页,下一页,返回,3稳压原理,45 稳压电路,上一页,下一页,返回,4输出电压的调节 调节电位器RP

17、可以调节输出电压的大小，使其在一定的范围内变化。RP为电位器上部分电阻，RP“为电位器下部分电阻。则由原理图可见:,45 稳压电路,上一页,下一页,返回,453 集成稳压电路 1三端固定集成稳压器 三端固定集成稳压器的输出电压是固定的，且它只有三个接线端，即输入端、输出端及公共端。它有两个系列CW78XX、CW79XX，如图4-20所示。CW78XX系列输出是正电压，CW79XX系列输出是负电压。CW78XX的l脚为输入端，2脚为公共端，3脚为输出端。CW79XX的l脚为公共端，2脚为输入端，3脚为输出端。 (1)输出正电压的三端固定稳压器 (2)输出负电压的三端固定稳压器,45 稳压电路,上

18、一页,下一页,返回,2三端可调集成稳压器 (1)输出正电压的可调集成稳压器 (2)输出负电压的可调集成稳压器,45 稳压电路,例题,上一页,下一页,返回,图4-1 小功率直流稳压电源的组成框图波形,返回,图42 单相半波整流电路及其输出电压波形,（a）单相半波整流电路；（b）单相半波整流电路的输入、输出电压波形,返回,图43 单相桥式整流电路,返回,图44 单相桥式整流电路的波形,返回,图45 滤波电路,返回,图46 桥式整流电容滤波电路,返回,图47 单相桥式整流电感滤波电路,返回,图48 LC型滤波电路,返回,图49 LC型滤波电路,返回,图410 RC型滤波电路,返回,图411 多级RC滤波电路,返回,图4-12 晶闸管的外形与符号,(a) (b) (c),返回,图4-13 晶闸管触发导通原理,返回,图4-14 单相半波可控整流,返回,图4-