第4章_直流稳压电源.ppt

1、第4章 直流稳压电源,先导案例 4.1 整流电路 4.2 滤波电路 4.3 硅稳压管稳压电路 4.4 串联型稳压电路 4.5 集成稳压电源 先导案例解决,先导案例,在工农业生产和科学实验中，主要采用交流电，但是在某些场合，例如电解、电镀、蓄电池的充电、直流电动机等，都需要用直流电源供电。此外，几乎所有的电子电路都需要稳定的直流电源，在检定检修指示仪表时，除了要有合适的标准仪器外，还必须要有合适的直流电源及调节装置。为了得到直流电，除了采用直流发电机、干电池等直流电源外.目前广泛采用各种半导体直流电源。 图4-1所示是半导体直流稳压电源的原理框图，它表示把交流电变换为直流电的过程。,返回,4.1

2、 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4-2(a)所示 设整流变压器副边电压为 当u2为正半周时，其极性为上正下负。二极管D导通，输出电压的波形与变压器副边电压相同 当u2为负半周时，其极性为上负下正。D截止 在负载电阻得到的是如图4-2 (b)所示的单向脉动电压。,下一页,返回,4.1 整流电路,(1)负载上电压平均值和电流平均值。 单相半波整流电压的平均值为 流过负载电阻的电流平均值为,下一页,上一页,返回,4.1 整流电路,(2)整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压。流经二极管的电流平均值就是流经负载电阻R的电流平均值，即 二极管截止时承受的最

3、高反向电压,下一页,返回,上一页,4.1 整流电路,例4.1 有一个单相半波整流电路，如图4-2(a)所示。已知负载电阻RL= 750 变压器副边电压U2=20 V，试求Uo，Io,并选用二极管。 单相半波整流的特点是:电路简单，使用的器件少，但是输出电压脉动大。由于只利用了电源电压的半个周期，理论计算表明其整流效率仅40%左右，因此只能用于小功率以及对输出电压波形和整流效率要求不高的设备。,下一页,返回,上一页,4.1 整流电路,4.1.2单相桥式整流电路 为了克服单相半波整流的缺点，常采用全波整流电路，其中最常用的是单相桥式整流电路。 1.工作原理 单相桥式整流电路是由四个整流二极管接成电

4、桥的形式构成的，如图4-3 (a)所示。图4-3(b)所示为单相桥式整流电路的一种简便接法。,下一页,返回,上一页,4.1 整流电路,单相桥式整流电路的工作情况如下 设整流变压器副边电压为 当u2为正半周时，其极性为上正下负，D1,D3导通，此时电流的路径如图4-4(a)所示 当u2为负半周时，其极性为上负下正，D2,D4导通，此时电流的路径如图4-4(b)所示 可见无论电压u2是在正半周还是在负半周，负载电阻尺上都有相同方向的电流流过。因此在负载电阻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4-5所示。,下一页,返回,上一页,4.1 整流电路,2.参

5、数计算 (1)负载上电压平均值和电流平均值 单相全波整流电压的平均值为 流过负载电阻的电流平均值为,下一页,返回,上一页,4.1 整流电路,(2)整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压。因为桥式整流电路中，每两个二极管串联导通半个周期，所以流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即 每个二极管在截止时承受的最高反向电压为u2的最大值，即,下一页,返回,上一页,4.1 整流电路,(3)整流变压器副边电压有效值为 整流变压器副边电流有效值为 由以上计算，可以选择整流二极管和整流变压器。 单相整流桥模块的实物接线图如图4-6所示。 常见的几种整流电路如表4-1所示。,下一页,返回,上一页,4

6、.1 整流电路,例4.2 试设计一台输出电压为24V,输出电流为1A的直流电源，电路形式可以采用半波整流或全波整流，试确定两种电路形式的变压器副边绕组的电压有效值，并选定相应的整流二极管。 例4.3 有一直流负载，要求电压为Uo=36 V，电流为Io=10 A，采用图4-3所示的单相桥式整流电路。 (1)试选用所需的整流元件; (2)若D2因故损坏开路，求Uo和Io,并画I出其波形; (3)若D2短路，会出现什么情况。,返回,上一页,4.2 滤波电路,整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较大，电源中的整流电路后面还需要加滤波电路将交流成分滤除。 滤波电路利用电容或电感在电路中的储能作用，当

7、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、复式滤波电路等，如图4-10所示。,下一页,返回,4.2 滤波电路,4.2.1 电容滤波电路 图4-11所示，为单相桥式整流电容滤波电路。此时整流二极管工作在非线性区域 经过周期性电容充放电过程，在输出端得到一个近似为锯齿波的直流电压，如图4-12中实线所示。 由滤波过程分析可知，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

8、平均值有所提高 (3)二极管导通时间减小 (4)外特性变差 由此可见，电容滤波适用于负载电流较小，而且负载变动不大的场合。,下一页,返回,上一页,4.2 滤波电路,例4.4 设计一单相桥式整流、电容滤波电路，要求输出电压Uo= 48 V，已知负载电阻RL= 100 ，交流电源频率为f=50 Hz，试选择整流二极管和滤波电容器。,下一页,返回,上一页,4.2 滤波电路,4.2.2 电感滤波电路 电感滤波中路如图4-14所示,电感滤波电路输出电压较低，但输出电压波动小，随负载变化也很小，因而适用于负载电流较大的场合。由于电感量大时体积也大，在小型电子设备中很少采用电感滤波方式。,下一页,返回,上一

9、页,4.3 硅稳压管稳压电路,所谓稳压电路，就是当电网电压波动或负载发生变化时，能使输出电压稳定的电路。最简单的直流稳压电源是硅稳压管稳压电路。 图4-19是利用硅稳压管组成的简单稳压电路。 1.稳压电路的工作原理 若负载RL不变，当交流电源电压增加， 其稳压过程可以表示为： 电源电压 u2 Ui UL IzI=Iz+IoUR UO 稳定,下一页,返回,上一页,4.3 硅稳压管稳压电路,若电源电压不变，此时若负载减小,其稳压过程为： 负载 Io I=Iz+Io UR UO Iz I=Iz+IoUR UO稳定 2.稳压元件的选择 在稳压调整讨程中.限流电阻R是实现稳压的关键,R必须满足两个条件：

10、 （1）当输入直流电压最小而负载电流最大时，流过稳压管的电流最小，这个电流 应大于稳压管的最小工作电流 （2）当输入直流电压最高而负载电流最小时，流过稳压管的电流最大，这个电流应不超过稳压管的最大稳定电流,下一页,返回,上一页,4.3 硅稳压管稳压电路,所以限流电阻可在下列范围内选择 例 4.5 设计一直流稳压电源，要求输入的交流电源的电压为220V，直流电压输出为6V,负载电阻为RL=300欧，采用桥式整流、电容滤波、硅稳压管稳压，选择各元件参数。 解：直流稳压电源电路如图4-19所示。,返回,上一页,4.4 串联型稳压电路,若要获得稳定性高且连续可调的输出直流电压，采用由三极管或集成运算放

11、大器所组成的串联型直流稳压电路。 串联型直流稳压电路的基本原理如图4-20所示。 整个电路由四部分组成： （1）取样环节 （2）基准电压 （3）比较放大环节 （4）调整环节,下一页,返回,4.4 串联型稳压电路,该电路的自动调压过程可表示如下：若Uo上升 Uo Uf IB2 IC2 UC2 IB1 UCE1 Uo 比较放大环节也可采用集成运算放大器，如图4-21所示,返回,上一页,4.5 集成稳压电源,集成稳压器的种类很多，作为小功率的直流稳压电源，应用最为普遍的是三端式串联型集成稳压器，三端式是指稳压器仅有输入端、输出端和公共端。 图4-22给出其外形图。 图4-23为其电路图形符号。,下一

12、页,返回,4.5 集成稳压电源,4.5.1 三端集成稳压器的结构和参数 三端集成稳压器的内部原理框图如图4-24所示。它采用了串联式稳压电源的电路，并增加了启动电路和保护电路，使用时更加可靠。 集成稳压器的主要参数有： （1）最大输入电压Uimax （2）最大输出电压Uo （3）最大输出电流Iomax 表4-2列出了CM7800系列三端集成稳压器的部分主要参数,下一页,返回,上一页,4.5 集成稳压电源,4.5.2 三端集成稳压器的应用 1. 基本稳压电路 电路图如图4-25所示 电路中输入电容和输出电容是用来减小输入/输出电压的脉动和改善负载的瞬态响应，防止自激振荡。 2. 可同时输出正负电

13、压的电路 如图4-26连接电路，若选用输出电压大小相同、极性相反的三端集成稳压器，则可同时输出正负对称的电源。,下一页,返回,上一页,4.5 集成稳压电源,3. 扩大输出电流的电路 当负载所需电流大于稳压器的最大输出电流时，可外接功率管采用扩展输出电流，如图4-27所示，外接PNP型功率管来扩展输出电流。由图可得： 负载电流为 可见输出电流被扩大了。,下一页,返回,上一页,4.5 集成稳压电源,4.5.3 三端可调集成稳压器 三端可调集成稳压器的典型应用电路如图4-28所示。 调节RP（即改变了R2值）就可实现输出电压的调节。 RP应按最大输出电压值来选择 电阻R的作用是使功率管在输出电流较大

14、时才能导通,返回,上一页,先导案例解决,如图4-29所示的电路可将90VAC-264VAC输入范围的50/60Hz交流电压变换为直流+5V输出，精度优于3%,输出功率4W，最大输出电流可达0.8A。典型变换效率为70%。,返回,图4-1 半导体直流稳压电源的原理框图,返回,图4-2 单相半波整流电路及其输出电压波形图,返回,图4-2 单相半波整流电路及其输出电压波形图,返回,图4-3 单相桥式整流电路图,返回,图4-4 单向桥式整流电路图,返回,图4-5 单向桥式整流电路的波形图,返回,图4-6 单相整流桥模块实物接线图,返回,表4-1 各种整流电路性能比较表,返回,图4-3 单相桥式整流电路图,返回,图4-10 滤波电路图,返回,图4-11 单相桥式整流电容滤波电路图,返回,图4-12 桥式整流电容滤波电路工作波形图,返回,图4-14 单相桥式整流电感滤波电路图,返回,图4-19 稳压管稳压电路,