第18章：直流穩(wěn)壓電源

直流電源直流電源：直流發(fā)電機(jī)、電池、半導(dǎo)體直流電源；半導(dǎo)體直流電源組成：變壓器、整流電路、濾波器、穩(wěn)壓電路。u1u2u3u4uo電源負(fù)載第一頁，共47頁。第一頁，共47頁。18.1整流電路單相半波整流電路單相橋式整流電路單相全波整流電路三相橋式整流電路第二頁，共47頁。第二頁，共47頁。18.1.1單相半波整流電路單相半波整流電路如圖：周期多少？～uiuoRLuitu0ti0第三頁，共47頁。第三頁，共47頁。單相半波整流電路分析單相半波整流電路輸入電壓ui、有效值U，輸出電壓uo、平均值Uo，電流平均值Io，最高反向電壓UDRM，則有：第四頁，共47頁。第四頁，共47頁。例題（一）單相半波整流電路，RL=750，輸入電壓U=20V，求Uo、Io、UDRM，并選用二極管。Uo=0.45U=9VIo=Uo/RL=12mAUDRM=1.414U=28.28V二極管選用原則：選1.5~2倍的平均電流、2~3倍的最高電壓第五頁，共47頁。第五頁，共47頁。18.1.2單相橋式整流電路單相橋式整流電路如圖：～uoRLu單相橋式整流分為兩組輪流導(dǎo)通第六頁，共47頁。第六頁，共47頁。單相橋式整流電路輸出單相橋式整流電路輸出電壓波形如圖：周期多少？uitu0ti0第七頁，共47頁。第七頁，共47頁。單相橋式整流電路分析單相橋式整流電路輸入電壓ui、有效值U，輸出電壓uo、平均值Uo，電流平均值Io，最高反向電壓UDRM，則有：平均值與有效值關(guān)系第八頁，共47頁。第八頁，共47頁。例題（二）單相橋式整流電路，RL=80，負(fù)載電壓Uo=110V，電源電壓（變壓器輸入）為380V，（1）如何選用二極管，（2）變壓器的變比與容量。(1)Io=Uo/RL=1.4A，ID=Io/2=0.7A U=Uo/0.9=122V，U`=(1+10%)U=134V UDRM=1.414U`=189V二極管選用：1A、300V(2)K=380/134=2.8 I=Io/0.9=1.55A（源自平均值與有效值關(guān)系） S=UI=208VA變壓器選用：380V/134V、300VA第九頁，共47頁。第九頁，共47頁。單相全波整流電路單相全波整流電路如圖：周期多少？～uoRLu0ti0第十頁，共47頁。第十頁，共47頁。18.1.3三相橋式整流電路（選）三相橋式整流電路如圖：uoRLuOabcD1D2D3D4D5D6ABC第十一頁，共47頁。第十一頁，共47頁。三相橋式整流電路輸出三相橋式整流電路輸入相電壓與輸出電壓波形如圖：u0tuitabcab第十二頁，共47頁。第十二頁，共47頁。三相橋式整流電路二極管導(dǎo)通情況三相橋式整流電路二極管輪流導(dǎo)通如表：123456高電壓相caabbc導(dǎo)通管子D5D1D1D3D3D5導(dǎo)通管子D4D4D6D6D2D2低電壓相bbccaa第十三頁，共47頁。第十三頁，共47頁。三相橋式整流電路分析三相橋式整流電路輸入相電壓有效值U，輸出電壓平均值Uo，電流平均值Io，最高反向電壓UDRM，則有：第十四頁，共47頁。第十四頁，共47頁。三相半波整流電路三相半波整流電路如圖：uoRLABCu0t第十五頁，共47頁。第十五頁，共47頁。常見整流電路物理量關(guān)系類型單相半波單相全波單相橋式三相半波三相橋式整流電壓平均值Uo0.45U0.9U0.9U1.17U2.34U整流管電流平均值IDIoIo/2Io/2Io/3Io/3整流管最高反向電壓UDRM1.41U2.83U1.41U2.45U2.45U輸入電流有效值I1.57Io0.79Io1.11Io0.59Io0.82Io第十六頁，共47頁。第十六頁，共47頁。例題（三）試證：單相橋式整流電路輸入電流有效值I=1.11Io。第十七頁，共47頁。第十七頁，共47頁。18.2濾波器經(jīng)過整流后，電路輸出一個脈動的直流電壓；單相整流電路輸出的直流電壓波動很大；經(jīng)過濾波器濾波，電壓的波動將得以改善；電源所用濾波器為無源濾波器。第十八頁，共47頁。第十八頁，共47頁。18.2.1電容（C）濾波器半波整流電容濾波器電路如圖：～uoRLCDu0tD導(dǎo)通D導(dǎo)通D截止D截止u0,IDtD導(dǎo)通D導(dǎo)通D截止D截止uDt有電容濾波時整流管的導(dǎo)通時間將縮短，電流波動增大。第十九頁，共47頁。第十九頁，共47頁。電容濾波整流分析（半波整流）半波整流電路的平均輸出電壓Uo與平均輸出電流Io的關(guān)系曲線，即外特性曲線如圖：U0I01.4U0.45U0電容濾波無電容濾波通常?。篣o=URLC=(3~5)T≈4T；UDRM=2.828U。第二十頁，共47頁。第二十頁，共47頁。電容濾波橋式整流電路分析電容濾波橋式整流電路電壓輸出波形如圖：～uoRLuCuituu,ituDt第二十一頁，共47頁。第二十一頁，共47頁。電容濾波整流分析（全波整流）全波或橋式整流電路的平均輸出電壓Uo與平均輸出電流Io的關(guān)系曲線，即外特性曲線如圖：U0I01.4U0.9U0電容濾波無電容濾波通常取：Uo=1.2URLC=(3~5)T/2≈2T；UDRM=1.414U（橋式），UDRM=2.828U（全波）。第二十二頁，共47頁。第二十二頁，共47頁。例題（四）單相橋式整流電路輸入電源f=50HZ，RL=200，輸出電壓Uo=30V，選擇二極管與濾波電容。第二十三頁，共47頁。第二十三頁，共47頁。18.2.2電感電容（LC）濾波器電感電容濾波器電路如圖：～uoRLuCL第二十四頁，共47頁。第二十四頁，共47頁。電感電容（LC）濾波器特點電感：產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的變化，具有穩(wěn)定電流的作用；電感濾波：削弱電流的交流分量，使電流脈動大為減少，負(fù)載穩(wěn)定時負(fù)載電壓波動也大為減少；負(fù)載變動時需要并聯(lián)濾波電容來穩(wěn)定負(fù)載電壓；電感越大、電容越大、頻率越高，濾波效果越好；LC濾波器適用于電流較大場合，特別是高頻電源的場合（如：高頻開關(guān)電源電路）；在電流較大、對電壓脈動要求不太高的場合可以將電容除去，即采用電感濾波形式。第二十五頁，共47頁。第二十五頁，共47頁。18.2.3∏型濾波器∏濾波器電路如圖：～uoRLuC2LC1～uoRLuC2RC1第二十六頁，共47頁。第二十六頁，共47頁?！切蜑V波器特點∏濾波器：輸出電壓脈動小，濾波效果好；但：整流管的電流沖擊較LC濾波器大；用電阻代替電感的∏濾波器電阻越大濾波效果越好；用電阻代替電感的∏濾波器可降低成本，但效率會下降；用電阻代替電感的∏濾波器適用于小電流、小功率場合。第二十七頁，共47頁。第二十七頁，共47頁。常用濾波器特性對比類型CLLC∏輸入阻抗低高高低輸出阻抗低高低低特點穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電流穩(wěn)定輸入電流穩(wěn)定輸出電壓穩(wěn)定輸出電壓適用場合小功率穩(wěn)壓大電流穩(wěn)流較大功率穩(wěn)壓較高性能穩(wěn)壓第二十八頁，共47頁。第二十八頁，共47頁。收擴(kuò)兩用機(jī)的交直流電源～220VC2C1FU1FU22200uF/50V3A1A0.047u-24V第二十九頁，共47頁。第二十九頁，共47頁。18.3直流穩(wěn)壓電源由于電源電壓的波動與負(fù)載的變化，經(jīng)過整流濾波后，直流輸出電壓會產(chǎn)生變動；電子電路的供電，特別應(yīng)用日益廣泛的集成電路的供電對電源電壓的穩(wěn)定性、精度與紋波有比較高的要求；直流穩(wěn)壓電源電路能給負(fù)載提供更為穩(wěn)定的電源輸出。兩類：線性穩(wěn)壓電源（并聯(lián)穩(wěn)壓電源、串聯(lián)穩(wěn)壓電源）、開關(guān)穩(wěn)壓電源第三十頁，共47頁。第三十頁，共47頁。18.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖：～uoRLuC2RC1DZIZIoI1u1第三十一頁，共47頁。第三十一頁，共47頁。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路分析穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路核心是限流電阻R與穩(wěn)壓管DZ；濾波電容C1抑制由于輸入電壓引起的脈動；濾波電容C2抑制由于負(fù)載變動（特別高頻脈動）導(dǎo)致的輸出電壓脈動；I1=(U1-UZ)/R，IO=UO/RL=UZ/RL；IZ=I1-IO，IZ>0時，即當(dāng)I1>IO時穩(wěn)壓電路輸出一個穩(wěn)定的電壓UZ給負(fù)載；當(dāng)I1-IO<IZM時，穩(wěn)壓電路即可穩(wěn)定工作；適用于小電流穩(wěn)壓場合（電流波動小的場合）。第三十二頁，共47頁。第三十二頁，共47頁。穩(wěn)壓管、限流電阻及相關(guān)參數(shù)選取第三十三頁，共47頁。第三十三頁，共47頁。例題（五）穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，RL=∞→3K，U1=45V，UO=15V，選擇穩(wěn)壓管DZ與限流電阻R

。選穩(wěn)壓管：2CW20，13.5V~17V、15mA；選限流電阻：3k、0.5W。第三十四頁，共47頁。第三十四頁，共47頁。18.3.2恒壓源恒壓源電路如圖：uZRDZAR2R1RFuoAR2R1RFuoRDZ第三十五頁，共47頁。第三十五頁，共47頁。恒壓源電路分析恒壓源電路輸出電壓調(diào)節(jié)方便；輸出電壓穩(wěn)定，不受負(fù)載電流大小影響；限流電阻功耗小、效率高（相對穩(wěn)壓管電路）；輸出電壓如下：適用于穩(wěn)壓精度要求較高的場合。第三十六頁，共47頁。第三十六頁，共47頁。18.3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路簡單的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖：UZRDZUiRLUOT第三十七頁，共47頁。第三十七頁，共47頁。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路一般的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖：UZRDZAR1UiR2RLUOUfT第三十八頁，共47頁。第三十八頁，共47頁。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路分析串聯(lián)型穩(wěn)壓電路電壓調(diào)節(jié)：Uf↑→UB↓→UE(UO)↓→Uf↓；反饋類型：串聯(lián)電壓負(fù)反饋；輸出電壓推導(dǎo)：第三十九頁，共47頁。第三十九頁，共47頁。18.3.4集成穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓電源又稱穩(wěn)壓集成塊；集成穩(wěn)壓電源分類：線性穩(wěn)壓集成塊、開關(guān)穩(wěn)壓集成塊，正電壓集成塊、負(fù)電壓集成塊，三端固定輸出電壓穩(wěn)壓集成塊、三端可調(diào)輸出電壓穩(wěn)壓集成塊；固定輸出電壓的三端穩(wěn)壓集成塊簡單易用，使用較為廣泛，正電壓常用7800系列，負(fù)電壓常用7900系列。第四十頁，共47頁。第四十頁，共47頁。集成穩(wěn)壓電源電路集成穩(wěn)壓電源電路如圖：W7800～uoRLuC2C1u11237800與7900系列：輸出電壓有5V、8V、12V、15V、24V等，輸入最高電壓35V，最小輸入輸出壓差2~3V，最大輸出電流2.2A，輸出電阻0.03~0.15，電壓變化率0.1%~0.2%。第四十一頁，共47頁。第四十一頁，共47頁。正、負(fù)電壓同時輸出的電路～W7815C13C12123W7915C23C22321+15V-15VC11C21雙電源輸出：±15V第四十二頁，共47頁。第四十二頁，共47頁。提高輸出電壓的電路W78xxC13C12123UoC11RDZUi電源輸出：Uxx+UZ第四十三頁，共47頁。第四十三頁，共47頁。擴(kuò)大輸出電流的電路W78xxC3C2123UoC1TUiRIRI1IBICI2I3IEIR=-UBE/R，I2≈I1=IR+IB，IC=IBI2=-UBE