第7章 直流稳压电源.ppt

1、1,2020/7/28,第7章 直流稳压电源,7.1 整流、滤波和稳压电路,7.2 可控整流电路,2,2020/7/28,半导体线性直流稳压电源的原理方框图,3,2020/7/28,7.1.1 单相桥式整流电路,7.1 整流、滤波和稳压电路,4,2020/7/28,参数计算,输出电压、电流平均值：,二极管电流:,二极管承受的最大反向电压:,5,2020/7/28,参数计算,变压器容量：,变压器副边电流有效值：,6,2020/7/28,例7.1.1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 380 V，负载电阻 RL = 80，负载电压UO=110V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。,考虑到变

2、压器绕组和管子的压降，变压器副边电压要比计算值大约高出10%,解：,可选用二极管2CZ55E，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。,7,2020/7/28,例7.1.1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 380 V，负载电阻 RL = 80，负载电压UO=110V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。,解：,副边电流：I =1.11Io=1.55A,变压器参数：,容量： S = U I = 134 1.55 = 208 VA,变比：,8,2020/7/28,例7.1.2：试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或D4 断开时负载电压的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？如

3、果D2 或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？,正半周时，D1和D3导通，负载中有电流通过，负载电压uO=u2；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压， uO =0。,解：当D2或D4断开后电路为单相半波整流电路。,9,2020/7/28,如果D2或D4接反 则正半周时，二极管D1、D2或D3、D4导通而造成电源短路，因电流很大而导致变压器及D1、D2或D3、D4被烧坏。,如果D2或D4因击穿烧坏而短路 则正半周时，情况与D2或D4接反类似，造成电源短路，D1或D3也将因电流过大而烧坏。,D2,10,2020/7/28,a,b,c,d,二极管承受的最大反向电压:,二极管电流

4、:,二极管导通角:,7.1.2 滤波电路,11,2020/7/28,输出电压与负载的关系,有电容滤波时的外特性,为了得到较为平直的输出电压，一般要求：,T为交流电源的周期,无电容滤波时的外特性,输出电压的脉动程度和平均值UO与放电时间常数RLC有关，RLC 越大 ,电容器放电越慢,输出电压的平均值UO 越大，波形越平滑。,12,2020/7/28,L滤波,RC滤波,LC滤波,型滤波,其它形式的滤波电路,13,2020/7/28,例7.1.3： 有一单相桥式整流电容滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200，要求直流输出电压UO=30V，选择整流二极管及滤波电容器。,流

5、过二极管的电流,解: (1) 选择整流二极管,14,2020/7/28,二极管承受的最高反向电压,变压器副边电压的有效值,可选用二极管2CZ52B，其最大整流电流为100mA，反向工作峰值电压为50V。,(2) 选择滤波电容器,取 RLC = 5 T/2,已知 RL = 200,可选用C=250F，耐压为50V的电解电容器,15,2020/7/28,1. 电路组成与稳压原理,稳压原理：,经整流和滤波后的输出电压一般会随着电源电压的波动和负载电阻的变化而变化。因此，需要进行稳压。,7.1.3 串联型稳压电路,IOmax=IZmaxIZmin,16,2020/7/28,串联型稳压原理电路,IOma

6、x=IZmaxIZmin,稳压原理：,UBE越大稳压效果越好,17,2020/7/28,调整环节,放大环节,基准电压,取样环节,带放大环节的串联稳压电路,稳压原理：,电压调节范围,18,2020/7/28,用运放作为放大环节的串联稳压电路,19,2020/7/28,单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。,(1) 分类,两位数字为输出电压值,输出固定电压,输出可调电压,输出正电压 78,输出负电压 79,（1. 25 37 V 连续可调）,最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。,2. 集成稳压电路,20,2020/7/28,(2) 外

7、形及引脚功能,W7800系列稳压器外形,W7900系列稳压器外形,21,2020/7/28,(3) 性能特点（7800、7900系列）,最大输出电流 1. 5 A（加散热器） 不需要外接元件 内部有过热保护 内部有过流保护 调整管设有安全工作区保护 输出电压容差为 4%,输出电压额定值有: 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V,22,2020/7/28,(4) 三端固定输出集成稳压器的应用, 输出固定电压,用来抵消输入端接线 较长时的电感效应， 防止产生自激振荡。 即用以改善波形。,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。即用来 改善负载的瞬态响应。,输

8、入电压UI与输出电压UO之差不得低于3V,23,2020/7/28, 同时输出正、负电压,24,2020/7/28,正负电压同时输出,25,2020/7/28, 提高输出电压,26,2020/7/28, 扩大输出电流,27,2020/7/28, 输出电压可调的电路,28,2020/7/28,例7.1.4： 图示电路中，求输出电压UO的调节范围。,29,2020/7/28,电力半导体器件的分类,根据是否可控把电力电子器件分为三类：,(1) 不可控器件：这种器件的导通和关断不可控，如整流二极管等。,(2) 半控器件：这种器件通过控制信号只能控制其导通，而不能控制其关断，如普通晶闸管等。,(3) 全

9、控器件：这种器件通过控制信号既能控制其导通，又能控制其关断，如可关断晶闸管，功率晶体管、功率场效应晶体管等。,7.2 可控整流电路,30,2020/7/28,晶闸管(Thyristor) 又称可控硅整流器 (Silicon Controlled Rectifier，SCR)是1956年由美国贝尔实验室发明，1957 年美国通用电气公司开发出第一只晶闸管产品，1958 年开始商业化应用,晶闸管的正向平均电流可达千安以上、正向耐压达数千伏，它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。,7.2.1. 晶闸管,晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、调压

10、及开关等方面。,31,2020/7/28,32,2020/7/28,1. 晶闸管的结构与工作原理,晶闸管内有四层半导体，形成三个PN结,结构,符号,33,2020/7/28,晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合,(1) 晶闸管的等效电路,34,2020/7/28,(2) 晶闸管导通条件, UAK0,在极短时间内使T1、T2均饱和导通,形成正反馈过程,IA,T1、T2因发射结反偏而截止,这时无论控制极电压UGK0还是UGK0 ，晶闸管均处于截止状态，IA0, UAK0,T1、T2因发射结正偏，集电结反偏而处于放大状态,此时若在控制极施加正电压UGK0,T2就有了基极电流,晶闸管一旦导通后

11、，即使去掉UGK， 依靠正反馈，仍可维持导通,35,2020/7/28,(3) 晶闸管关断条件,晶闸导通后，控制极失去控制作用。晶闸管的导通是依靠内部的正反馈作用维持的。,通过减小阳极电流IA使其不能维持正反馈，即可关断晶闸管。为此，可把阳极断开，或在阳极与阴极间加反向电压(UAK0)。,36,2020/7/28,正向特性,反向特性,IG2 IG1 IG0,正向转折电压,反向转折电压,正向平均电流,维持电流,2. 伏安特性,37,2020/7/28,3. 晶闸管主要参数,UFRM:,正向重复峰值电压，晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般取UFRM = 8

12、0% UB0 。 普通晶闸管 UFRM 为100V 3000V,38,2020/7/28,如果正弦半波电流的最大值为Im, 则,普通晶闸管IF为1A 1000A。,39,2020/7/28,UF: 通态平均电压（管压降），在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时，晶闸管阳、阴极间的电压平均值。一般为1V左右。,IH: 维持电流，在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导通状态所必须的最小电流。 一般IH为几十到一百多毫安。,UG、IG：控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。 一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。,40,202

13、0/7/28,1.单相半控桥式整流电路,0t,无触发脉冲，T1截止，其漏电流通过RL和D1，忽略这两部分电压，uT1=u2，uD1=0， uO=0, t, T1被触发导通，uT1=0，uD1=0， uO=0,7.2.2 单相可控整流电路,41,2020/7/28,2.单相半控桥式整流电路,t+,无触发脉冲,T2截止,其漏电流通过RL和D2,忽略这两部分电压，uT1=0，uD1=u2， uO=0,+ t2, T2被触发导通，uT1= u2 ，uD1= u2 ， uO= u2,42,2020/7/28,参数计算,输出电压、电流平均值：,晶闸管和二极管平均电流值：,43,2020/7/28,参数计算

14、,变压器副边电流的有效值(负载电流的有效值)：,晶闸管电流的有效值：,44,2020/7/28,发射极 E,2. 单结晶体管触发电路,(a) 示意图,PN结,(1) 单结晶体管结构,45,2020/7/28,(2) 伏安特性,称为分压比(0.40.8),截止区,UEUBB时， PN结反偏截止，IE为PN结反向饱和电流 UBB UEUBB +UD，PN结开始正偏，但由于正偏电压小，IE的数值也较小,单结晶体管截止,P点称为峰点，峰点电压UP=UBB +UD,46,2020/7/28,截止区,UEUBB +UD，PN结导通，发射区向基区注入空穴，在UBB作用下，空穴向B1运动，使RB1减小，UAIE RB1 UA，负阻特性,负阻区,V点称为谷点,47,2020/7