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1、第八章 直流电源,8.2 滤波电路,8.3 串联型稳压电路,8.1 单相整流电路,8.4 集成稳压器,2,8.1 单相整流电路,小功率直流稳压电源的组成,功能:把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压,3,整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。,常见的整流电路: 半波、全波、桥式和倍压整流;单相和三相整流等。,分析时可把二极管当作理想元件处理: 二极管的正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。,整流原理: 利用二极管的单向导电性,4,8.1.1 单相半波整流电路,u20时,二极管导通。,二极管导通,忽略二极管正向压降: u0=u2,5,8.1.1 单相半波整流电路,u20时,二极管截止
2、,输出电流为0。,二极管截止,u0=0,6,输出电压波形与大小,输出电压平均值(U0):,输出电压波形:,7,输出电压波形与大小,二极管上承受的最高电压:,二极管上的平均电流:,ID=I0,输出电压波形:,8,8.1.2 单相桥式整流电路,桥式整流电路,u2正半周时电流通路,1、工作原理,9,桥式整流电路,u0,u2负半周时电流通路,10,u20 时,D1,D3导通 D2,D4截止 电流通路: 由+ 经D1 RLD3 -,u20 时,D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路: 由- 经D2 RLD4 +,输出是脉动的直流电压!,桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,11,2、负载上的直流电压
3、UL和直流电流IL的计算,负载电压 UL的平均值为:,负载上的(平均)电流:,12,3、整流元件的选择,平均电流(ID)与反向峰值电压(URM)是选择二极管的主要依据。,例如, 在桥式整流电路中,每个二极管只有半周导通。因此,流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。,二极管截止时两端承受的最大反向电压:,13,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?如果D2 或D4因击穿短路,后果又如何?,解:当D2或D4断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时,D1和D3导通,负载中有电流通过,负载电压uo=u;负半周时,D1和
4、D3截止,负载中无电流通过,负载两端无电压, uo =0。,14,如果D2或D4接反 则正半周时,二极管D1、D4或D2、D3导通,电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路,电流很大,因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。,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,电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。,15,例:有一直流负载,要求电压为27V,电流为90A。采用单相桥式整流电路,试选用所需的整流元件。,解:根据给定条件,整流元件所通过的电流,整流元件所承受的最大反向电压,因此,选用的整流元件必须是额定电流IF45A, 最高反向工作电压URM42V.,16,
5、8.2 滤波电路,整流电路输出波形中含有较多的纹波成分,与所要求的波形相距甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。,8.2.1 电容滤波 8.2.2 电感滤波,17,8.2.1 电容滤波,利用电容器两端的电压不能突变的特点,将电容器与负载电阻并联,以达到使输出波形平滑的目的。,从能量的观点看,由于电抗元件有储能的作用,并联的电容器C在电源电压升高时,把部分能量存储起来;而当电源电压降低时,就把能量释放出来,使负载电压平滑。,(1)电容滤波电路,18,(2)滤波原理,负载RL未接入:,ui0,经D1、3向C充电; ui0,经D2、4向C充电;,充电=RintC很小,电容很快
6、充到u2最大值。,负载RL接入:,u2uC,D受反向电压截止,C经RL放电,因放电=RLC一般较大,故uC按指数规律缓慢下降。,u2uC,D导通,C经D充电,因充电较小,故uC按指数规律快速上升。,如此周而复始地进行充放电,形成一个近似锯齿波的电压,使负载电压的纹波成分大为减少。,19,结论1,结论2 滤波电路中二极管的导电角180,导电时间缩短。 因此,在短暂的导电时间内流过二极管很大的冲击电流,这对管子是不利的,必须选择较大容量的二极管。,由于电容的储能作用,使得输出波形比较平滑,脉动成分降低输出电压的平均值增大。,演示,20,结论3 放电=RLC越大,放电过程越慢,输出电压中脉动(纹波)
7、成分越少,滤波效果越好。一般取: 放电(35)T/2, T为电源交流电压的周期。,当L很大,即IL很小时,尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好,所以电容滤波适合输出电流较小的场合,放电增大t2点要右移, t3点要左移,二极管关断时间加长,导通角减小,见曲线3。,21,整流滤波电路中,输出直流电压Uo随负载电流 Io的变化关系曲线称外特性。,(3)外特性,输出直流电压Uo随负载电流 Io增加而减小。,C值一定,当RL=(空载)时,,当C=0 (无电容) 时,,当整流电路内阻不大(几欧)且放电时间常数满足,22,8.2.2 电感滤波,(1)滤波原理:,对直流分量( f=0):XL=0
8、相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量: f 越高,XL越大,电压大部分降在XL上。因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。,U0=0.9U2,当忽略电感线圈的直流电阻时,输出平均电压约为:,23,(2)电感滤波的特点:,整流管导电角较大,峰值电流很小,输出特性比较平坦,适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。,24,例:,有一单相桥式整流滤波电路,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。,流过二极管的电流,二极管承受的最高反向电压,变压器副边电压的有效值,解:1. 选择
9、整流二极管,可选用二极管,IOM =100mA UDRM =50V,25,取 RLC = 5 T/2,已知RL = 200,2. 选择滤波电容器,可选用C=250F,耐压为50V的极性电容器,26,8.3 串联反馈稳压电路,UI的变化由UCE调节,因此三极管被称为调整管。,因为Iz=IR+IB,有|Iz|=|IB|。只要Iz在稳压管的正常范围内,Uz就基本保持不变。,1、串联型稳压电路,Uo=UzUBE,1)当电网电压UI波动时,Uo基本不变。,2)当RL变化引起输出电流的变化时 由于UR = UI Uz 不变,故流过R的电流不变。,演示,27,输出电流的变化可扩大为(1+)Iz 。 由于三极
10、管与负载是串联的关系此电路称为串联型稳压电路。,为了改进稳压性能和使输出电压可随意调节,可 1)引入深负电压反馈使输出电阻很小,以稳定输出电压; 2)引入可随意调节放大倍数的放大器以改变输出电压。,上述电路稳压值是固定的,使用不方便。 需要向稳压性能好和输出电压可随意调节方向改进。 想一想,该怎么做?,28,2、串联反馈式稳压电路,1)电路组成和工作原理,组成: 采样电路 基准电压和放大电路 调整管,29,稳压过程,UI或Io ,Uo,UF,Uid,UB,IC,UCE,Uo,串联反馈式稳压电路的稳压过程,实质上是通过电压负反馈使输出电压保持基本稳定的过程。,30,2)输出电压的调节范围,Uo的
11、调节通过采样电路R2的滑动端位置来实现。,深度负反馈下,,注意: 调整管T的调整作用是靠UF和UREF的偏差来实现的,该系统为闭环有差调整系统。 基准电压直接影响稳压电源的性能。,31,3) 稳压电路的保护环节,在串联型稳压电路中,调整管与负载串联,故 ICIL 当输出电流过大或输出短路时,调整管会因为电流过大而使管耗过大而损坏。因此,有必要对调整管加以保护。,利用集成电路制造工艺,在调整管旁制作PN结温度传感器。当温度超标时,启动保护电路工作,工作原理与反馈保护型相同。,32,电阻R 检测调整管的电流,当电流在额定范围内时UR不足以使T2导通;而当电流超过额定值后,T2导通,将T1的基极电流
12、分走一部分,削弱了负反馈作用。,限流型保护电路,调整管,当调整管电流超过一定限度时,对它的基极电流进行分流,以限制调整管的发射极电流不至于太大。,从这电路的外特性曲线可知,即使在输出短路的情况下电流也不会太大。,33,1)当正常工作时,T2处于截止状态,即: 若UIUoU+Ub1 IC(Io)Uo 2)当Io超过额定值时,保护管T2导通: 引起U+上升,稳压管因端电压下降而截止,切断了负反馈回路。 U+上升引起的一系列变化如下: U+Ub1Uc1(Uo) Ub2 Ic2U+ 这样最终导致Uo接近于零,实现了截流作用。,截流型保护电路,34,8.4 集成稳压器,单片集成稳压电源,具有体积小,可靠
13、性高,使用灵活,价格低廉等优点。 最简单的集成稳压电源只有输入,输出和公共引出端,故称之为三端固定式集成稳压器。,1. 分类,XX两位数字为输出电压值,(1. 25 37 V 连续可调),35,2. 外形及引脚功能,W7800系列稳压器外形,W7900系列稳压器外形,塑料封装,36,3. 性能特点(7800、7900系列),输出电流超过 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等 。,37,输出为固定正电压时的接法如图所示。,(1) 输出为固定电压的电路,输入与输出之间的电压差取35V!,4. 三端固定输出集成稳压器的应用,0.10.33F,1F,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。,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。,38,(2)同时输出正、负电压的电路, 15V,39,UXX: 为W78XX固定输出电压 UO= UXX + U2,(3)提高输出电压的电路,40,(4)提高输出电流的电路,41,(5)恒流源电路,IL与负载电阻无关,当器件选定后,UXX为一定值,因此IL为恒流输出。,
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