电子技术 模拟部分 第三章 直流电源.ppt

1、,第三章 直流电源,u1,u2,u3,u4,uo,直流电源原理框图,直流电源至少包括变压、整流、滤波、稳压四个环节；,u2,u3,u4,uo,变压,整流,滤波,稳压,变压：变换电网电压,整流：交流电压变换为脉动电压,滤波：滤掉整流输出中的谐波成分，变为较平滑的直流电压,稳压：稳定输出电压使其基本不受电网电压或负载波动的影响,第一节 整 流 电 路,一、单相桥式整流电路,RL,uo,V1,V2,V3,V4,io,a,b,u2,u1,1、工作原理,u2,io,2,3,uo,1)、 u2 正半周， V1 、 V3 导通， V2 、 V4 截止， io 方向为 a V1 RL V3 b ;,2)、 u

2、2 负半周， V2 、 V4 导通， V1 、 V3 截止， io 方向为 b V2 RL V4 a ;,2、有关参数的计算, 脉动电压uo的平均值,设u2 = 2 U2 sint,Uo =,1/2 ,0,2,uo d(t ),= 1/,0,2U2 sint d(t ),= 0.9 U2,脉动电流（负载电流）平均值,Io =,Uo,RL,=,0.9 U2,RL,二极管平均电流,ID = Io / 2,二极管最高反向电压,UDRM = U2m = 2 U2,变压器二次电压有效值,U2 = Uo / 0.9 = 1.11 Uo,变压器二次电流有效值,I2 = U2 / RL = 1.11 Uo /

3、 RL = 1.11 Io,在单相整流电路中（表3-1），单相桥式整流电路对电源变压器 的利用率高，二极管最大反向电压低，输出电压高，脉动程度小； 因此，常用于小功率直流电源中；,例、交流电源电压为220V，负载电阻RL=50，现在要求使用单相 桥式整流电路输出 24V 直流电压驱动RL， 则如何选二极管？ 变压器的变比和容量又如何？,1、二极管的选择 IF ID，URM UDRM,ID = 0.5 IO = 0.5( UO / RL )= 240mA;,UDRM = 2 U2 = 2 ( UO / 0.9 ) 1.1 = 41.4 V,二极管参数要求： IF 240mA，URM 41.4 V

4、,查附录二：,2、变比与容量： K= U1 / U2 S = U2 I2, U2 = ( UO / 0.9 ) = 27.1 V K = 220 / 27.1 7.9, I2 = 1.11 IO 0.53 A S = U2 I2 = 29.3V 0.53 A 15.53 VA,第二节 滤 波 电 路,一、电容滤波电路,RL,uo,V1,V2,V3,V4,io,a,b,u2,u1,1、工作原理,uo,未并联电容,C,uC,2,3,uC,并联电容后uo = uC,二极管电流 ID,ID,(1)电容选取： 大小： = RLC（35）T/2 耐压： 2 U2 (开路电压最大值),(2) UO = 1.

5、 2 U2,(3) IO = UO / RL,(4) ID = IO / 2,(5) UDRM = 2 U2,例、交流电源频率为50HZ，要求使用单相桥式整流滤波电路输出 30V 直流电压、300mA直流电流， 则如何选整流、滤波元件？,1、整流二极管的选择 IF ID ，URM UDRM,ID = 0.5 IO = 150 mA;,UDRM = 2 U2 = 2 ( UO / 1.2 ) = 35 V,二极管参数要求： IF 150 mA，URM 35 V,查附录二：,2、选择滤波电容,T = 1/ f = 0.02 s,取 = RLC = 5 T/2 = 0.05 s, RL = UO /

6、 IO = 100 C = / RL = 5 10-4 F,耐压 2 U2 = 35 V,第三节 串联型稳压电 路,R1,R2,V3,R3,R4,RP,RL,Ui,Uo,UZ,V1,V2,串联型稳压电路由取样环节、 基准电压、放大环节和调整环节 四个部分组成；,取样环节：是由R3 、R4、RP组成的 分压器；通过RP调节采样电压U1 ；,U1,基准电压：由V3 、R2、RP组成；,放大环节：由 V2 构成的放大电路，对 (U1 - UZ)进行放大；,调整环节：由 V1 构成；根据放大环节的输出，借助本身C、E 间 电压的调整来相应调整UO，使其保持稳定；,稳压过程,UO变化,采样,UBE2,U

7、BE1,UCE1,UO反向变化,例如,UO,UBE2,U1,IB2,IC2,UC2,UBE1,IC1,UCE1,UO,Uomin,R3 + RP +R4,输出电压的调节范围 （调节 RP 实现）,（1） Uomin ：RP位于最上端,RP + R4,=,U1,=,UZ+ UBE2, UZ,即,Uomin =,( UZ+ UBE2 ),R3 + RP +R4,RP +R4,（2） Uomax ：RP位于最下端,Uomax =,( UZ+ UBE2 ),R3 + RP +R4,R4,Uomax,R4,R3 + RP +R4,= UZ+ UBE2,放大环节由集成运放组成的串联稳压电路,R2,V3,R

8、3,R4,RP,RL,Ui,Uo,UZ,V1,Uf,+,+,基本放大电路采用 电压串联负反馈,稳压过程,UO变化,采样,U,UBE1,UCE1,UO反向变化,例如,UO,U,Uf,UB1,UBE1,IC1,UCE1,UO,第四节 集成稳压器,一、主要性能参数,二、常用集成稳压器,1、三端固定式集成稳压器,W78 系列： 输出大小为 的固定正电压，,W79 系列： 输出大小为 的固定负电压，,W78,C2,C1,0.1F,0.33F,Ui,Uo,1,3,2,W79,C2,C1,0.1F,0.33F,Ui,Uo,3,1,2,2、三端固定式集成稳压器应用电路举例,（1）基本应用,W7812,C2,C

9、1,0.1F,0.33F,1,3,2,12V,整流滤 波输出,（2）输出正负电压,W7812,C2,C1,0.1F,0.33F,Ui,1,3,2,W7912,C4,C3,0.1F,0.33F,3,1,2,+12V, 12V,R2,（3）输出电压可调的稳压电路,W78,C2,C1,0.1F,0.33F,Ui,Uo,1,2,3,+,+,R3,R4,RL,R1,R2,U+ = UO,R2,R1 + R2,U3,U = UO U3,= UO ,U23,R3,R3 + R4,根据虚断,根据虚短 U = U+,UO =,U23,( 1+,R1,) (,R3,R3 + R4,),= U2- = U3,3、三

10、端输出电压可调式集成稳压器,W117、 W217、 W317：输入、输出 均为 正电压 W137、 W237、 W337：输入、输出 均为 负电压,W317,3,2,Ui,UO,V1,V2,C1,C2,C3,R1,R2,240,输出电压调整范围,UO = UR1 + UR2,UR1 = U21 = 1.25 V,1,I1,UR2 = （ I1 + U21 / R1 ）R2,若忽略 I1,UO = 1.25 ( 1+ ),R2,R1,4、开关型集成稳压器,+,+,+,+,A,DV,基准电压,R2,R1,RL,UO,UT,M,GV,UREF,UF,UF,Ui,VD,L,C,+,V,UB,UA,UT

11、,UA,UE,UE,开 关 电 源 简 介,一、开关电源概述,1、特点：体积小、重量轻、变换效率高； 2、应用：计算机、通讯设备、控制装置、家用电气等电子设备；,二、待解决的课题,1、实现PWM的软开关； 2、如何确定变压器体积最小的开关频率； 3、高耐压且容量大的平滑电容的微型化、平板化、长寿命化； 4、开关电源的模块化； 5、单片电源的实现； 6、利用光进行功率的传送与变换；,三、开关电源的发展方向,1、输入电压通用； 2、扩大电压输出范围； 3、提高输入侧功率因数； 4、要求附加备用电池； 5、安全性要求：过压、过流保护和抗电磁干扰； 6、高频化、高可靠性、低噪声；,四、开关电源相关技术

12、的发展,1、软开关技术； 2、电源系统的管理与控制； 3、CAD技术（设计、稳定性分析、仿真、可靠性预估）； 4、高次谐波的抑制； a、在输入侧附加扼流线圈； b、正弦波谐振型开关电源，抑制高次谐波；,五、保护环节,1、过电流保护；（保护值为额定电流的110% 130%） 2、过电压保护；（保护值为额定电压的130% 150%） 保护措施：使开关电源停振，断开输出； 3、欠压保护； 4、过热保护； 5、远程检测；,小 结,1、掌握单相桥式整流、滤波电路中电压、电流的计算方法以及 如何根据计算结果选择整流二极管和滤波电容；,单相桥式整流电路：,Uo = 0.9 U2 Io = Uo / RL I

13、D = Io / 2 UDRM = 2 U2 U2 = 1.11 Uo I2 = 1.11 Io,单相桥式整流滤波电路：,Uo = 1.2 U2 Io = Uo / RL ID = Io / 2 UDRM = 2 U2 I2 = （1.1 3） Io,2、掌握串联型稳压电路的组成环节、稳压原理、输出电压调节 范围的计算方法；,3、掌握W7800、W7900系列集成稳压器的使用方法； 会对相应电路进行分析、计算；,二极管的选择 IF ID，URM UDRM,选择滤波电容, = RLC = （35） T/2,耐压 2 U2,习 题 讲 解,RL,uo,V1,V2,V3,V4,io,a,b,u2,u

14、1,UGB,习题3-2,u2,io,2,3,uo,UGB,-UGB,UGB,1、 u2正半周， 当Va UGB时，V1 、 V3导通， io 输出如图， uo = uab = u2 ；,2、 u2 负半周， 当Vb UGB时，V2 、 V4导通， io 输出如图， uo = uba = -u2 ；,RL,uo,V1,V2,V3,V4,io,a,b,u2,u1,C,uC,习题3-8,uC,uo = uC,正常情况下： Uo = 1.2 U2 = 24V；,断开电容C： Uo = 0.9 U2 = 18V；,断开电阻RL ： Uo = 2 U2 = 28V；,一个二极管端开，C端开： 单相半波整流

15、、无滤波； Uo = 0.45 U2 = 9V；,习题 3-12,1、U2 = Ui / 1.2 = 20V,2、 RP 最下端： Uo = （U2 + UBE ）（ R3 + RP + R4 ）/ R4 = 18V RP 最上端： Uo = （U2 + UBE ）（ R3 + RP + R4 ）/(RP +R4 )= 9V,2、 RP 最下端： 计算得 Uo = 24V ; 说明调整管V1已经饱和 则 Uomax = Ui - UCES1 = 24 - 2 = 22V,W7805,3,2,Ui,1,V3,UZ,+,+,R1,R1,2R1,2R1,Uo,求解Uo的表达式,Uo = 2 ( u3 - u2 ),u3 = UZ,u2 = UZ +