第9章直流电源.ppt

1、,交流电源,负载,变压,整流,滤波,稳压,直流稳压电源组成:变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。,电源变压器:将交流电降压,变换为所需要的电压值； 整流电路:将交流电压转换为单向脉动直流电压； 滤波电路:将交流分量滤出,使输出电压平滑； 稳压电路:使输出电压不受电网电压的波动、负载和温度 变化的影响,提高输出电压的稳定性。,第9章 直流稳压电源,9.1 变压器,变压器:利用电磁感应传递电能和信号的电气设备,具有变换电压、电流和阻抗匹配的功能。,9.1.1 变压器的基本结构,a.心式变压器:绕组包围铁心,容量较大。,b.壳式变压器:铁心包围绕组,容量小。,铁心:变压器的磁路部分,为了减小铁心损

2、耗, 铁心是用表面涂有绝缘漆的厚度为0.35-0.5mm的硅钢片叠成的。,绕组:电路部分,常用绝缘铜线或铝线。原绕组(初级绕组.一次绕组):与电源相连;副绕组(次级绕组.二次绕组):与负载相连。为了加强绕组间的磁耦合,采用同心式结构,将高.低压绕组绕在同一铁心上,高压绕组在外侧,以便于与铁心绝缘。,9.1.2 变压器的原理和作用,变压器符号：,工作过程：,变压器工作过程中,原、副边没有电的直接联系,只有磁的耦合,通过磁路来实现能量的传递。体现了变压器的隔离作用。,1.空载运行和电压变换,变压器空载时,原、副绕组的电压和绕组的匝数成正比。,变压器的电压变换作用：,K为变压器的变压比。,规定,当原

3、绕组接额定电压U1N时,副绕组空载电压U20就是U2N。 变压器铭牌上所标U1N /U2N=K。变压器必须按额定电压使用。,2.负载运行和电流变换,变压器负载运行时,原、副绕组的电流有效值之比近似等于原、副绕组匝数比的倒数,即,变压器在改变电压的同时也改变了电流,即有电流变换作用。,对于单相变压器,则有,额定容量(SN):副绕组的额定电压U2N与额定电流I2N的乘积。,3.阻抗变换,当副边接负载ZL时,有：,对电源而言,它所接的负载等效阻抗为,副边接阻抗为|ZL|的负载时,对原边电源,相当于接K2|ZL|的负载。 阻抗变换。,9.1.3 变压器绕组的同极性端,多绕组变压器的串、并联必须根据绕组

4、的同极性端正确连接,否则,有可能烧坏变压器。,绕组的同极性端(即同名端)：,因变压器各绕组上的电压都是随时间而变化的,某一时刻磁通变化时,在某一绕组的某一端上感应的电动势极性为正,同时在其他绕组上,也会有一个对应端,感应的电动势极性为正。这种电位瞬时极性相同的对应端称同极性端,或同名端。,同极性端用“”表示。,图(a),两线圈绕向相同,利用右手螺旋法则,1.3为同名端(2.4为同名端)。,图(b),两线圈绕向相反, 1.4为同名端(2.3同名端)。,9.1.3 变压器绕组的同极性端,绕组的同极性端与它们的绕向有关。若已知线圈的绕向,则用右手螺旋法则可判断出同名端。,实际的变压器线圈,经过浸漆或

5、其他工艺处理,无法从外表来辨认其绕向,则只能用实验的方法测定同名端。,变压器原绕组的正确连接,设两个绕组额定电压均为110V。,若要接到220V的电源上,需串联,这时必须异极性端(2,3)相连,1,4端接电源。,若电源电压是110V,则两个绕组应当并联,这时必须同极性端分别相连。,9.2 整流电路,io,如图:设变压器副边电压为:,整流电路:将交流电压变换为单向脉动电压的电路。整流元件是具有单向导电能力的二极管或晶闸管。,9.2.1 单相半波整流电路,根据二极管的单向导电性, u0时, 二极管导通,u0=u；,而u0时,二极管截止,u0=0。,其平均值为:,单相半波整流电压的平均值: 对整流的

6、输出电压,常用一个周期的平均值来表示大小。,如负载已知,则整流输出电流的平均值为:,9.2.1 单相半波整流电路,二极管所承受的最高反向电压：,二极管流过的电流:ID=Io 。,选择整流元件(二极管)的依据：,URWM比UDRM大一倍左右,解,查二极管参数,选用2AP4(16mA,50V)。,例:有一单相整流电路,负载电阻为900,变压器副边电压为20V,试求Uo,Io及UDRM,并选用二极管。,半波整流电路只利用了电源的半个周期,且整流电压的脉动较大。常采用全波整流电路,最常见的是桥式整流电路。,9.2.2 单相桥式整流电路,9.2.2 单相桥式整流电路,当u为正半周时,D1.D3导通,而D

7、2.D4截止；,u为负半周时,D2.D4导通,而D1.D3截止。,工作情况:,- +,io,每个管中通过的电流仅为输出电流一半：,每个管承受的最高反向电压：,例:桥式整流电路,已知RL=160,要求输出电压的平均值为20V,试选择合适的二极管。,解：因U0=20 V,Io=Uo/RL=20/160=125mA 流过二极管的平均电流为 ID=0.5Io =0.5125=62.5mA 变压器副边电压的有效值为 U=Uo/0.9=20/0.9=22.2V 二极管承受的最高反向电压为,查附录C-1可知,应选用2CZ52B(100 mA,50 V)二极管。,常见的几种整流电路,整流电压平均值,电 路,整

8、流电压波形,二极管平均电流,二极管最高反向电压,副边电流有效值,半波,全波,桥式,9.3 滤波电路,整流电路仅将交流电转换成单向脉动的电压。这种电压对许多电子设备达不到要求,需再接滤波器以改善电压的脉动程度。,9.3.1 电容滤波电路,D,t,0,u,t,0,u,D截止,D导通,D导通,D截止,D导通,电容滤波器的作用,ucu,+ u -,- +,+ -,无滤波,有滤波,电容滤波器输出电压的脉动程度有所改善,但带负载能力较差。,采用电容滤波时,输出电压的脉动程度与电容器的放电时间常数RLC有关,其值愈大则脉动程度就愈小。一般为:,即,输出电压Uo由下式估算：,二极管的导通时间短, 在一个周期内

9、电容器的充电电荷等于放电电荷,即电流平均值为零，ID=IO。,9.3.1 电容滤波电路,二极管的导通时间较短,因此通过二极管的电流峰值较大,应避免电流冲击损坏二极管。 二极管选择时,一般按(23)ID选择二极管的最大整流电流。,桥式电容滤波:,t,0,u,电容滤波器的作用,有滤波,a,Tr,b,u,D1,D2,D3,D4,C,9.3.1 电容滤波电路,滤波电路中电容元件的选择：,耐压值为二极管的反向工作峰值电压。,电容滤波电路的特点:结构简单,输出电压较高,脉动也较小, 带负载能力差,且有电流冲击。,例:如图,已知电源f=50Hz, RL=200,要求输出直流电压U0=20V,选择整流二极管和

10、滤波电容。,解：,查附录C-1可知,应选用2CZ52B(100mA,50V)。,应选用C=250F,耐压为50V的电解电容。,为了减小输出电压的脉动程度,可在滤波电容之前串接一个铁心电感线圈L即电感滤波器。,XL=2fL, f愈高,电感上的压降愈大, 输出电压的脉动程度减小。,一般需要线圈的电感量较大,但其直流电阻也较大,因而会造成输出电压的下降。,L滤波器适于电流较大、输出电压脉动很小场合,更适合高频滤波。,9.3.2 电感滤波电路,如果需要输出电压的脉动更小,可再加一个滤波电容,即形LC滤波器。,由于线圈体大且重,有时可用电阻代替电感线圈以构成形RC滤波器。R愈大滤波效果愈好,但将使输出电

11、压下降,所以适用于负载电流较小、电压脉动很小场合。,9.3.3 形滤波电路,9.4.1 稳压管稳压电路,最简单的直流稳压电源是利用稳压管组成的。,1.电路结构,9.4 稳压电路,经整流和滤波后,虽脉动程度有了最大改善,但直流电压幅度还会随着电网的波动或负载的变化而变化。需进行稳压。,uUIUoIZ(稳压管特性)UR(IR=IZ +Io) Uo=UI -RIR,抵消UI,保持Uo近似不变。,(1)电网电压波动,(2)负载波动,IoIRURUo(UI不变)IZURUo不变,2.工作原理,选稳压管规律: UZ=Uo;IZM=(1.5-5)IOM;UI=(2-3)Uo,3.稳压管的选择,例:如图,已知

12、RL由开路变至2k,交流电压经整流滤波后得到UI=30V。今要求Uo=10V,试选择合适的稳压管。,解：当RL=2 k时,查附录C-2可知,应选用2CW59,其参数为,Uz=1011.8 V，IZM=20 mA,由稳压管稳压电路和运算放大器组成恒压源。,9.4.2 恒压源,反相输入恒压源,同相输入恒压源,稳压管的稳压电路输出电压是固定的,而恒压源的输出电压是可调的,且引入电压负反馈使输出电压更稳定。,9.4.3 串联型稳压电路,把同相输入恒压源的输出接在大电流晶体管T的基极而从发射极输出,就变成串联型稳压电路。,调整管T构成一射极输出器,其作用是进行电流放大。RF为反馈电阻,构成串联电压负反馈

13、电路。,9.4.4 三端固定输出电压集成稳压器,集成稳压器有输入,输出和公共端,故称为三端集成稳压器。,有两种。78系列是正电压输出,79系列是负电压输出。其内部是串联型稳压电路,它具有体积小.可靠性高.使用灵活.价格低廉等优点。78/79系列的最后两位数表示该集成电路的输出电压值。如W7815的输出电压为15V,W7915的输出电压为-15V。,外形和基本应用电路：,CI用以抵消输入较长引线的电感效应,防止产生自激振荡,CI为0.1F1F; C0是为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大波动,C0可用1F。,应用电路,1.正负电压同时输出的电路,9.4.4 三端固定输出电压集成稳压器,2

14、.输出电压可调的电路,输出电压：,9.4.4 三端固定输出电压集成稳压器,+ Uxx -,9.4.5 三端可调输出电压集成稳压器,三端固定稳压器虽然通过外接电路构成输出电压可调的稳压电源,但性能指标有所降低,且使用也不方便。因此三端可调输出电压集成稳压器应运而生。 这类稳压器也有正压稳压器和负压稳压器。同时就输出电流而言,有100mA、0.5A、1.5A等各类稳压器。以CW117CW217CW317(正压集成稳压器)和CW137CW237CW337(负压稳压器)为例说明它们的实际应用。,1.可调集成稳压电源的标准电路,CW117CW217CW317在输出端2和调整端3之间的电压为1.25V,从

15、调整端3流出的电流为50A。,输出电压: UO=1.25(1+R2/R1)+5010-6R2,Rl一般选100120,改变R2可调节输出电压。CW117CW217CW317的输出电压范围为1.2537V。,CI.Co作用同三端固定集成稳压器相同。D1.D2用于防止集成稳压电源输入、输出端发生短路。,2. 0V起调的可调集成稳压电路,-U,电阻R2不接地,接到一个-1.25V的电位上,能实现从0V连续起调,在接地点和R2间接入稳压二极管,其稳压值约1.25V,就能完成上述功能(R3有限流作用)。,3.扩大输出电流的电路,一般I3很小,忽略不计,设=10,UBE=-0.3V,R=0.5,I2=1.5A,