直流稳压电源.ppt
《直流稳压电源.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《直流稳压电源.ppt(115页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、第8章 直流稳压电源,8.1 整 流 与 滤 波 8.2 单向可控整流电路 8.3 线性集成稳压器 8.4 开关型稳压电源, 8.1整 流 与 滤 波 8.1.1半波整流电路 半波整流电路如图8 - 1(a)所示。 图中电源变压器T的作用是将电网的交流电压变换成整流电路所需的数值,它的初级和交流电网相连。VD为整流二极管, RL为负载。 ,从式(8 - 1)可以看出,基波分量振幅(U2m2)比直流分量(U2m /)还要大。 因此, 必须加接低通滤波器, 如图8- 2(a)所示。 ,图8 -1半波整流电路,图8 2 加滤波电容的半波整流电路,在交流电刚接上时, 电容中本来没有电荷,电容上电压从零
2、开始上升, 充电速度取决于充电电路的时间常数(rdRL)C。 由于(rd RL , 所以充电时间常数近似为rd C,充电速度快, uo迅速上升。当t= t1时有u2= uo ,此后u2低于uoVD截止,这时电容C通过RL放电,放电时间常数为RL C,放电速度慢, uo变化平缓。以后当u2又变化到比uo大,又开始充电过程。 从图(b)中的波形图可以看出,由于电容C的储能作用, RL 上的电压波动大大减小了。 时间常数RL C越大,电容放电越慢,输出电压uo波形越平稳, 不同RL C的输出波形如图7 - 3所示。当RL C很大时, 输出为一直流电压, uo UoU2m。而当负载电流较大时, 输出的
3、直流分量Uo要减少, 一般有,图8 -3,Uo(1.01.2)U2 (8 - 2) 式中U2为变压器次级电压有效值。 流过整流管的平均直流电流ID为 整流管所承受的最大反向电压Udrmax为 UdrmaxU2mUo2 U2m ,8.1.2 全波整流电路 半波整流电路最简单, 但其明显的缺点是波纹电压大。 除此之外, 交流电源的半个周期未被利用, 故输出平均电压较低。 利用两个管子交替工作,构成全波整流电路,可以克服半波整流电路的上述缺点。 全波整流电路如图8 - 4(a)所示。 变压器T次级中心抽头接地, 变压器次级线圈上可以得到两个大小相等、 相位相反的交流电压, 它们分别加到整流管VD1
4、、 VD2上。当1端对地为正,2端对地为负时,VD1 导通而VD2截止,如图(b)所示,在RL上得到波形为半波的电压。当1端对地为负,2端对地为正时, VD1 截止而VD2 导通, 如图(c)所示, 在RL上也可得到波形为半波的电压。这样,当交流电压变化一个周期时,在RL上产生两个半波电压脉冲, 如图(d)所示。,图 8 - 4全波整流电路,所以这种电路叫全波整流电路。显然,这时输出电压的波动比半波整流时小,而输出的直流分量比半波整流时大1倍(为2U2m/)。 为了进一步减小波纹电压, 也需要加接滤波电容C, 其原理与半波整流时相同, 在有滤波电容的全波整流电路中, 如RL较小(负载电流大),
5、 则输出电压为 Uo1.2 U2 由于负载电流由两管轮流供给, 因此流过每个整流管的平均电流为0.5UoRL, 约比半波整流时减小一半。 全波整流时每个整流管承受的最大反向电压Udrmax为2U2m。全波整流时输出波纹较小, 而且波纹电压的基本频率为交流电网电压频率f的两倍(2f100 Hz), 波纹电压频率越高,滤波越容易。,8.1.3 桥式整流电路 桥式整流电路如图8 - 5所示, 4个整流二极管组成一个电桥, 变压器次级线圈和RL分别接到电桥的两个对角线的两端。这里, 变压器没有中心抽头, 其次级两端均不接地,桥式整流工作原理可用图(b)、 (c)来说明。当u2为正半周时(1端为正,2端
6、为负), 二极管VD1、 VD3导通, VD2、 VD4截止,电流沿着图(b)中虚线上箭头所指方向流过RL; 而当u2为负半周时(1端为负,2端为正),VD1 、 VD3截止, VD2、 VD4导通,电流沿着图(c)中虚线上箭头所指方向流过RL。由于在u2的两个半周中,流过RL的电流方向相同, 所以桥式整流电路和全波整流电路的作用一样, 具有全波整流的各种优点。同时,桥式整流电路中每一个二极管所承受的最大反向电压比全波整流时小了一半, 即,图 8 5 桥式整流电路,8.1.4 倍压整流电路 以上所介绍的整流电路, 可以获得的最大整流输出电压, 其极限值为 。 在变压器次级电压U2受到限制不能提
7、高的情况下, 欲获得较高的整流输出电压,可以采用倍压整流电路。这种电路常用来提供电压高、 电流小的直流电压, 如供给示波器中示波管的高压。 图8 - 6(a)中所示的电路是一种常用的三倍压整流电路, 其工作原理可参看图8 - 6(b)、 (c)和(d)。当交流电压u2为正半周时(第一个半周, 这时1端为正, 2端为负),VD1导通,电容C1被充电到U2m,极性如图(b)所示。当u2为负半周时(第二个半周, 这时1端为负,2端为正), VD1 截止, 于是u2与C1上的电压串联在一起,经VD2对电容C2充电,使C2上电压达到2U2m,极性如图(c)所示。,图 8 - 6三倍压整流电路,在u2的第
8、三个半周(正半周)时, u2与C1、 C2上电压相串联, 经VD3对C3进行充电,使C3上电压达到2U2m,极性如图(d)所示。 这样, 在1、 3两端的电压(C1,C3电压相串联)将等于3U2m, 从而实现了三倍压整流。 该电路中每个整流管所承受的最大反向电压均为2U2m,每个电容所承受的最大电压不高于2U2m。这两点也适用于按照同样结构原理构成的多倍压整流电路,如图8 - 7所示。 这种电路的主要优点是可以用一个低压变压器和几个低反压的整流管以及几个低耐压的电容器获得nU2m的高直流输出电压。 但这种电路仅适用于高电压、 小电流的场合,否则会因负载电流过大而使电容放电加快,不能保持nU2m
9、的电压输出。,图 8 - 7多倍压整流电路,8.1.5平滑滤波器 前面我们介绍了在负载RL两端并接滤波电容C的半波整流电路。 对于全波、 桥式和倍压整流电路,也可采用这种利用一个电容C构成的简单的滤波电路。这种滤波电路只有在RLC值很大的条件下,才能使输出电压的波纹较小。一般来说, 电容C的增大是有限度的,因此,为了进一步减小波纹电压, 可采用RC滤波器或LC滤波器, 如图8 - 8所示。 几种滤波器及电路主要性能比较如表8- 1所示。 表 8 - 2 列出了带有电容滤波的4种整流电路的特性。,图 8 -8常用平滑滤波器电路,8.1.6 整流电路设计举例 例 8 -1设计一个桥式整流电容滤波电
10、路,用 220V、50Hz交流供电,要求输出直流电压Uo45V,负载电流IL200mA。 解(1) 电路。 电路如图8 - 9所示。 (2) 整流二极管的选择。 从表8 - 2可得 ID0.5IL0.5200100mA Uo1.2 U2 所以 U2 每个二极管承受的最大反向电压,图 8 9 例8 - 1桥式整流电容滤波电路,根据ID和Udrmax进行选管。可选用整流二极管2CP31B(最大整流电流为250mA, 最大反向工作电压为100V)。 (3) 滤波电容C的确定。一般应使放电时间常数RLC大于电容C的充电周期(35)倍。对桥式整流来说,C的充电周期等于交流电网周期的一半, 即,取,其中,
11、所以,(4) 对电源变压器T的要求。 变压器次级线圈电压的有效值U2在前面已经求出,为37.5V。变压器次级线圈电流有效值I2比IL 大, I2与IL的关系取决于电流脉冲波形的形状,波形愈尖, 有效值越大。 一般取I2 (1.13) I2 。 这里取 I2 1.5 IL 1.5200300 mA 这样就对电源变压器的绕制提出了依据。 ,8.1.7 稳压电源的主要性能指标 (1) 稳压系数S定义为 S越大, 稳压性能越好。 (2) 输出电阻(电源内阻)Ro定义为 Ro越小,稳压性能越好。 (3) 输出纹波电压。 输出纹波电压是指电源输出端的交流电压分量。 它的大小主要取决于滤波和稳压电路的质量,
12、 也与整流电路的形式有关。 ,8.2 单向可控整流电路,8.2.1 晶闸管的基本工作原理 晶闸管是用硅材料制成的半导体器件, 它由4层半导体(PNPN)构成。有3个PN结:J1、 J2和J3。由p1引出阳极A,n2引出阴极C, 中间的p2引出控制极G, 如图8 - 10(a)所示, 晶闸管的符号如图(b)所示。 晶闸管可以看成是一个PNP型晶体管与一个NPN型晶体管按图8 - 11(a)和(b)所示那样连接在一起的晶体管组。由图8 - 11(b)可知,V1的集电极与V2的基极相连, V2的集电极又和V1的基极相连,这样就构成了正反馈电路。,图 8 -10晶闸管结构和符号,图8 - 11 晶闸管
13、等效电路 (a) 结构; (b) 符号,它具有两个稳定状态: 两管同时截止和两管同时饱和。 前者相当于晶闸管的截止状态, 而后者则相当于导通状态。由此可见,晶闸管导通时的压降很低。 当晶闸管控制极不加触发信号(IG0)而阳极加正压时, J2结处于反偏。如果所加电压较低, 积累过程不会发生,晶闸管处于截止状态,流过晶闸管的电流等于J2结的漏电流。 如果把晶闸管的阳极电压升高到一定数值时, 就会产生积累过程,使V1、 V2同时转换到饱和状态,晶闸管变为导通。 使晶闸管由截止转为导通的电压称为“正向转折电压”。 在晶闸管处于导通状态时,3个PN结都为正向偏置(因为两个等效三极管均饱和),而且J2结上
14、的正偏方向和其他两个结相反,所以晶闸管导通时的阳极电压和单个PN结差不多,一般只有1V多 .,在晶闸管的控制极加触发信号(IG0)时,情况有所不同。 由于触发电流的输入,V2管的基极电流加大,从而使它的集电极电流(即V1的基极电流)以及V1的集电极电流都比较大。因此, 对应于同样的阳极电压,阳极电流要比不加触发时为大。 由于电流大,在较低的阳极电压时就会产生积累过程,晶闸管较早地由截止转换为导通。 图8 - 12画出了IG为几种不同数值时的晶闸管的伏安特性。 晶闸管的反向特性与一般二极管相似。 在反向漏电流急剧增大时, 所对应的电压为反向击穿电压UBR。 ,图 8 - 12晶闸管伏安特性,8.
15、2.2 单相半波可控整流电路 电阻负载单相半波可控整流电路如图8 - 13(a)所示, 交流输入电压ui、触发电压ug的波形分别如图(b)和(c)所示。在ui 正半周内,晶闸管承受正向电压。但是,在0之间,由于控制极未加入触发电压ug,所以晶闸管处于正向阻断状态。如果忽略晶闸管的正向漏电流,流过负载RL的电流iL就等于零,负载两端的电压uL也为零。负载电压uL的波形如图8 - 13(d)所示。 当t时, 晶闸管V因得到触发电压而导通。 如果忽略晶闸管的正向压降,负载电压的瞬时值uL就等于交流输入电压的瞬时值ui。负载电流iL的波形与负载电压的波形相似。,图 8 13 电阻负载单相半波可控整流电
16、路及其波形,当t时, 输入交流电压ui下降到零,负载电流iL也下降到零。晶闸管因流过它的电流为零而关断。 在正向阳极电压作用下,晶闸管不导通的电角度称为控制角, 通常用来表示。 晶闸管导通的电角度称为导通角, 用表示。 显然, 在这种半波可控整流电路中,导通角。 在2之间,晶闸管承受反向电压,无论控制极有无触发电压,晶闸管均处于反向阻断状态。输入电压ui全部加在晶闸管两端, 如图(e)所示。此时,负载电压和电流均等于零, 一直到ui的下一个周期的正半周并且触发脉冲加到控制极时, 晶闸管才重新导通。 ,改变控制角,负载电压的波形将改变,从而使输出负载电压的平均值改变。在晶闸管导通期间(),忽略晶
17、闸管的正向压降,输出负载电压uL就等于输入电压ui。因此,在一个周期内,负载电压平均值UL为,(89),由式(89)可以看出,在交流输入电压有效值Ui保持不变的情况下,负载电压平均值随着控制角的减小而增加。当0,该电路的工作与不可控整流电路完全相同。这时负载电压平均值UL等于0.45Ui,晶闸管的这种工作状态称为全导通状态。当180时,负载电压平均值UL0。该电路触发脉冲的相移范围为180。由式(89)可以得到负载电流平均值IL为,(810),为了避免晶闸管过热,选择晶闸管时,必须考虑流过晶闸管的负载电流的有效值。根据图813(d)所示的波形可知,负载电压有效值U应为,(811),于是负载电流
18、的有效值I为,(812),从波形图813(e)可以看出,当在0之间变化时,晶闸管承受的正向(或反向)电压的最大值UTm为交流输入电压的最大值Uim,即,(813),8.2.3 单相桥式可控整流电路 单相桥式可控整流电路如图814所示。其中,图814(a)所示电路由4只晶闸管组成,通常称为单相桥式全控整流电路;图814(b)所示电路由两只晶闸管和两只整流二极管组成,通常称为单相桥式半控整流电路。由于全控整流电路需用4只晶闸管,所以触发电路比较复杂,因此,在通信整流设备中一般都采用桥式半控整流电路。下面只介绍单相桥式半控整流电路。,图814 单相桥式可控整流电路 (a)全控;(b)半控,假设输入电
19、压ui如图815(a)所示,在t处给晶闸管V1加入触发脉冲,在t处给晶闸管V2加入触发脉冲,如图(b)所示。在输入电源电压正半周内,桥式电路中a端电位高于b端电位,晶闸管V1和整流管VD2承受正向电压,VD2导通。但在0之间,晶闸管V1因未得到触发电压而不能导通,因此,输出负载电流iL与输出负载电压uL均等于零,如图815(c)和815(d)所示。在此期间,由于整流管VD2的导通压降接近于零,所以晶闸管V1承受的电压uV1基本上等于输入电源电压ui,如图815(e)所示。,在之间,晶闸管V1和整流管VD2均处于导通状态,忽略V1和VD2的正向电压降,a点与c点同电位,b点与d点同电位,因此负载
20、电压uL就等于输入电源电压ui。 在输入电源电压ui负半周内,b点电位高于a点电位,V2和VD1承受正向电压,VD1导通。但是在期间,V2因未得到触发电压而不能导通,因此,负载电流iL和负载电压uL均等于零。,图815 电阻负载单相桥式半控整流电路的波形,在+2期间,V2和VD1都处于导通状态,输出电压uL等于输入电源电压ui。在此期间,由于V2处于导通状态,b点与c点同电位,所以V1承受的反向电压uV1等于ui。从输出电压uL的波形可以看出,在一个周期内,负载电压平均值UL为,将式(814)与式(89)加以比较可以看出,当输入电压和控制角都相等时,桥式整流电路的整流电压平均值为半波整流电路的
21、两倍。当0时,晶闸管全导通,UL0.9Ui。该值与不可控桥式整流电路输出电压平均值完全相等。当180时,负载电压等于零。因此,触发脉冲的移相范围为180。负载电流平均值为,(815),根据晶闸管和二极管两端电压的波形可以看出,晶闸管承受的最大正、反向电压UTm和二极管承受的最大反向电压Udrmax均为输入电源电压的最大值,(816),8.2.4 单结管触发电路 晶闸管导通并能正常工作的条件是:除在阳极与阴极之间加上正向电压外,还必须在控制极与阴极之间加上适当的触发信号。产生和控制触发信号的电路称为晶闸管触发电路。为了保证晶闸管的可靠工作,对触发信号有以下几点要求: (1)触发时能够提供足够的触
22、发脉冲电压和电流,通常要求触发电压幅度为410V。 (2)为使触发时间准确,触发脉冲的前沿要陡,一般要求前沿时间小于10s。,(3)触发脉冲要有足够的宽度,实践证明,触发脉冲的宽度最好取2040s。 (4)触发信号必须与主电路的交流电源同步,保证主电路中的晶闸管在每个周期的导通角相等,整流电路才能正常工作。 (5)为了均匀地调整晶闸管的导通角,触发信号的相位应能连续可调,并要求有足够宽的移相范围。对于单相可控整流电路,移相范围要求接近或大于150。 (6)晶闸管不应导通时,触发电路输出的漏电电压不应超过0.25V,以免发生误导通。,1单结管的结构及特性 单结管是单结晶体管(UJT)的简称,又称
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 直流 稳压电源
链接地址:https://www.31doc.com/p-4142300.html