第10章 直流穩(wěn)壓電源教材

第10章

直流穩(wěn)壓電源第10章目錄概述直流穩(wěn)壓電源的組成和功能10.1整流電路10.2濾波電路10.3倍壓整流電路10.4硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路10.5串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路10.6集成穩(wěn)壓電路10.7晶閘管及可控整流電路10.8單結(jié)晶體管及其觸發(fā)電路10.9開關(guān)型穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電源的組成濾波電路整流電路穩(wěn)壓電路負載變壓器交流電源各部分電路輸出波形將電源的交流電變成直流電壓或電流功能第10章概述10.1整流電路

10.1.1單相半波整流電路一、電路組成

to

to

to

to

2

3

uou2uDio

2

3

2U22U22U2Im

2

2

3

3

二、工作原理uou2u1ioRLTuDD第10章10.122,0,,0uuuDuDo==<截止時三、電路計算uOu2u1uDiODRLTUO=0.45U2,IO=UORL

=0.45U2RLID=IO,UDRM=2U2第10章10.1

t0

t

t

t

2

3

uOu2uDiO

2

3

2U22U22U2Im

2

2

3

3

000UOIO10.1.2單相全波整流電路totototo

2

3

2

3

2U22√2U22U2Im

2

2

3

3

uD1uD2uOu2uDiOUORLuOD1D2u2u2~220V~–~~+~10.1.3單相橋式整流電路

一、橋式整流電路的組成D1和D3導(dǎo)通,D2和D4截止(相當(dāng)于開路)第10章10.1u2Tu1RLuoio二、整流電路工作原理+–+–+–—u2正半周由二極管

D1

D4組成。D4D3D2D1二、整流電路工作原理D2和

D4導(dǎo)通,D1和

D3截止(相當(dāng)于開路)第10章10.1u2Tu1RLD4D3D2uoio——u2負半周D1+–+–+–三、電壓、電流的計算UO=0.9U2,0.9U2RLIO=UORL=UDRM

=2U2,IO=0.9I2,或I2

=1.11IO,

U2=1.11UO選用二極管的依據(jù)是:ID應(yīng)小于IF

(最大整流電流）UDRM應(yīng)小于UR(最高反向工作電壓)ID

=IO12totototo

2

3

2

3

2U22U22U2Im

2

2

3

3

uD1uD3uD4uD2uOu2uDiO第10章10.1UO橋式整流電路的幾種畫法+~~–+–~~~~+–~~+–10.1.4三相橋式整流電路ttuOuCuBuAuA+–uCuBD6D5D4D3D2D1RLuO特點：輸出電壓高、脈動小、導(dǎo)通角60oUO=2.34UPUP為相電壓10.2濾波電路

10.2.1電容濾波電路電容充電電容放電二極管導(dǎo)通時給電容充電,二極管截止時電容向負載放電

一、電路組成和工作原理第10章10.2u2Tu1RLD1D4D3D2uoioCuC濾波后輸出電壓

uo

的波形變得平緩,平均值提高。10.2.1電容濾波電路（續(xù)）二、工作波形u2Tu1RLD1D4D3D2uOiOCuCtiDuO2U20tt1t4t3t22U2IO

UO0.9U20.45U2全波整流電容濾波電路的外特性

'

'

TUO=1.2U2RLC

≥(3~5)2三、外特性00第10章10.2四、半波整流電容濾波電路uou2uDioDRLTu1Ct0

2

3

2U2Io

Uo半波整流電容濾波電路的外特性2U20.9U20.45U2估算公式:UO=1.0U2

2UDRM=2U2注意:UDRMu20第10章10.210.2.2電感濾波電路Tuo=0.9U2u2RLLtUou'ouo、oioi

2

3

u1u'oIo外特性0.9U2uo電感L越大，濾波效果越好。外特性較硬第10章10.2Uo=0.9U210.2.3復(fù)式濾波電路一、LC濾波電路RLLC

濾波電路輸出電壓波形更為平滑，濾波效果較好。Tuou2iou1LC第10章10.2Uo=0.9U2二、

型濾波器TRL1.LC

型濾波器2.RC

型濾波器uou2iou1LC2C1第10章10.2TRLuou2iou1C2C1RUO=1.2U2RLR+RLUO=1.2U210.3倍壓整流電路一、二倍壓整流電路–Ui

++––+–+D2D1C2C1uOui二、多倍壓整流電路uiuOC6C2C5C4C3C1D5D6D4D2D3D1Ui2Ui2Ui2Ui2Ui2Ui+–D2C2C1uOS+–D4D3D1三、自適應(yīng)電路S斷開時，為橋式整流電路ui10.4硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

10.4.1穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標一、引起uo變化的原因第10章10.4穩(wěn)壓電路RLuiuo二、衡量uo穩(wěn)定性的參數(shù)1.穩(wěn)壓系數(shù)Sr=(Δuo/uo

)/(Δui/ui

)———ui的影響2.輸出電阻ro=(Δuo/Δio

)——————RL的影響1.電源效應(yīng)ro=(Δuo/Δui

)——————ui的影響2.負載效應(yīng)ro=(Δuo/Δio)——————RL的影響另外一種提法：10.4.2硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路二、穩(wěn)壓管參數(shù)的選擇1.穩(wěn)壓管反偏；2.限流電阻R；3.Ui>UZUZ=UO，IZmax≥2~3IOmaxTRLCUiuou2iou1第10章10.4三、注意事項：UZIZDZRIR一、穩(wěn)壓電路的工作原理10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

10.5.1具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路采樣環(huán)節(jié)調(diào)整元件比較放大基準電壓UoUi一、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成框圖由四個環(huán)節(jié)組成第10章10.5二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路調(diào)整元件RLUOUiIOT1UZR3DZA++

比較放大R1R3R2采樣環(huán)節(jié)基準電壓三、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理第10章10.5若UO增大時，自動調(diào)整過程如下：輸入或負載變化使UO

U—

UB↓

UE

=

UO

↓

UO

RLUOUiIOT1UZR3DZA++

R1R3R2U-U+四、穩(wěn)壓電路輸出電壓的調(diào)節(jié)第10章10.5RLUOUiIOT1UZR3DZA++

R1R3R2R'2R''2U-U+32132RRRRUUO+++=-UUZ=+R''{++33212,,0RRRRUUUR''ZOmaxO==最大時當(dāng)32321RR''RRRUUZO+

=++Z32132URRRRUO=+++R''3232122,,RRRRRUUURZOminO+++==

最小時當(dāng)R''10.6集成穩(wěn)壓電源

10.6.1三端集成穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)和符號啟動電路基準電壓保護電路比較放大電路調(diào)整管采樣電路UiUO21一、

CW7800內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖3二、三端集成穩(wěn)壓器的電路符號CW790013IN2OUT金屬殼封裝引腳CW7800INOUT231正輸出負輸出第10章10.6GNDGNDLM7805IGOLM7905GIO10.6.2

三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用一、基本穩(wěn)壓電路注意(1)

Uo

=XXV；(2)Io≈1A；(3)Ui>Uo3~5V第10章10.6Uo

=

12VCW7812123Co++UiCi0.33uF0.1uFD可根據(jù)需要,選用CW78XX,二、同時輸出正、負電壓的穩(wěn)壓電路CW7915CW7815CO+15V–15VUO2選用不同穩(wěn)壓值的

78XX

和

79XX,可構(gòu)成同時輸出不對稱正、負電壓的穩(wěn)壓電路。UiUO1CiCOCi第10章10.6三、提高輸出電壓的穩(wěn)壓電路UoCW78

12++3UiCiCODZUZR輸出電壓

UO

=

UXX

+UZ

>

UXX但UZ不可過大！，否則穩(wěn)壓效果不好Uxx第10章10.6四、輸出電壓可微調(diào)的穩(wěn)壓電路此電路既提高了輸出電壓Uo,又使Uo成為可調(diào)。第10章10.6CiCo++

CW78

UXXUoUiR2″R2R3R1R'2R2″CiCo++

CW78

UXXUoUiR2R3R1R'2五、輸出電壓連續(xù)可調(diào)的穩(wěn)壓電路LM317TADJoutinUo=1.25V~37VUo=(1+R1/R)x1.25VIo=1.5ALM317TR120R1UiUo六、程控穩(wěn)壓電路LM317TUiUoD1D2D3D4RR0R4R3R2R1C1C2UO=1.25V[(R0//R1D1//R2D2//R3D3//R4D4)÷R+1]D1、D2、D3、D4為二進制數(shù)0/1七、擴大輸出電流的電路Io=

I2+

IC

>

I2當(dāng)負載電流

Io

小于穩(wěn)壓器電流

I2

=

15

時，三極管

T

截止

當(dāng)負載電流

Io

I2

時,

T

導(dǎo)通,CW78××123UiUOCiCORLTIoIC=Io-I2I2R第10章10.6則有10.6.3精密三端集成基準電源一、TL431RAKTL431引腳RKA符號RKAR3R2R1uOui應(yīng)用特點：1.uO=2.5~36V;2.精度±1.0%3.rO=0.22Ω;4.IO=1~100mA5.溫度特性平坦6.UO=(1+R2/R3)2.50V二、LM385—1.2NCKALM385-1.2引腳RVin1.235VIVout1.工作電流I=10μA~20mA2.溫度系數(shù)低3.極低的參考電壓4.1~2%的精度10.6.4負電源變換器766012348765V+OSCLVOUTNCCP+GNDCP—DIP封裝一、封裝和引腳三、工作原理二、性能參數(shù)四、典型應(yīng)用12348765V+=5VVO≈－5V10uF10uFC1C2OSC79xx+－+

－+

－C2C110.7可控硅及其整流電路

10.7.1可控硅的結(jié)構(gòu)和工作原理AGKJ1J2J3AKGPNPN陽極陰極控制極符號一、可控硅的結(jié)構(gòu)和符號結(jié)構(gòu)可控硅是一種大功率的半導(dǎo)體器件。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為：四層半導(dǎo)體，三個

PN結(jié)。文字符號為

TT第10章10.7二、可控硅實驗電路結(jié)論：1.反偏不導(dǎo)通；2.正偏，無觸發(fā)信號也不導(dǎo)通；3.正偏，有觸發(fā)信號才能導(dǎo)通；4.一旦導(dǎo)通，觸發(fā)信號將失去作用；5.導(dǎo)通后，欲關(guān)斷，須使I=0三、可控硅的導(dǎo)通原理PNPNKGAA(PNP)(NPN)KGT2T1APNPNPNKG第10章10.7為了說明可控硅的導(dǎo)通原理,將可控硅等效為由T1

(NPN型)

和T2(PNP型)

兩個三極管聯(lián)接而成

。三、可控硅的導(dǎo)通原理（續(xù)）

IG+IC2流入T1的基極作再次放大,如此循環(huán)形成強正反饋

,

很快使T1和T2達到飽和導(dǎo)通。當(dāng)加入電源EA和EG后,

使可控硅的陽極和控制極均加正向電壓,因而T1正偏導(dǎo)通,IG=

IB1,

而IC1=

1IB1即是

IB2,

EGKGT2T1AREAIG

1IB1

1

2IB1A(PNP)(NPN)KGT2T1第10章10.7

此時,

若去掉觸發(fā)電壓,可控硅仍可依靠正反饋維持可控硅導(dǎo)通,

控制極失去作用。經(jīng)PNP管T2作進一步放大,

形成集電極電流

IC2=

1

2IB1,IB1四、可控硅的伏安特性曲線CBA0IHIU導(dǎo)通IG=0IG1IG2阻斷UBRIRIG增加UBO反向特性正向特性UBO

—

正向轉(zhuǎn)折電壓UBR

—反向轉(zhuǎn)折電壓IG

—觸發(fā)電流IH

—維持電流可控硅的導(dǎo)通條件：陽極和陰極間加正向電壓；控制極和陰極間加正向觸發(fā)電壓。

兩個條件必須同時滿足第10章10.7五、雙向可控硅的結(jié)構(gòu)、符號和伏安特性0IUT2T1GT1T2結(jié)構(gòu)雙向可控硅可等效為兩個反向并聯(lián)的可控硅,可實現(xiàn)雙向?qū)ā７蔡匦訲1T2G符號第10章10.7IT2T1

__G10.7.2可控整流電路

一、單相半控橋式整流電路iOuOuGttuOuGuG

—

觸發(fā)電壓uO—輸出電壓

單相半控橋式整流電路由兩個可控硅和兩個二極管組成。

—

控制角

—導(dǎo)通角iO正半周—T1和D2導(dǎo)通負半周—T2和D1導(dǎo)通D1T1T2D2t0u2u2RL00第10章10.7u12U2二、單相半控橋式整流電路的計算iOuOuGttRL

—

控制角

—導(dǎo)通角tu2IO=UO/RLIT

=ID=IO/2,輸出電壓、電流平均值UO=0.9U221+cos

UTRM=UDRM

=2U2可控硅、二極管的電流平均值和最大反向電壓uOuGD1T1T2D2u2iO000第10章10.7u12U2三、感性負載的分析uOu2uLurLrDSCRiO當(dāng)SCR被觸發(fā)導(dǎo)通時，iO不能突變，從零開始增長。當(dāng)u2下降到零時，iO≠0(滯后)但此時，ΔiO<0，使uL<0與阻性負載大不一樣！tuOiOO阻性負載措施——接續(xù)流二極管D，

uO<0時，D導(dǎo)通，SCR因承受反壓而關(guān)斷1.IfuL

<ur，則uO<0——出現(xiàn)負壓tOuOiO感性負載

2.當(dāng)uL較大時，即使u2<0

后，SCR仍會導(dǎo)通，

>(π－

)而且，L越大，uL(<0)越大，uO(<0)出現(xiàn)負壓的時間越長。注意以下兩種情形：10.7.3可控硅的保護一、過流保護過流的原因：負載過載、短路；某一SCR擊穿造成其它SCR過流；誤觸發(fā)或干擾1.快速熔斷器——用銀質(zhì)熔絲做Fuse，可接在不同處，起到多種保護作用接在輸出端，防止負載短路；(2)與SCR串聯(lián)；(3)接在輸入端2.采用過流繼電器在輸入、輸出端加繼電器，過流時跳閘，但反應(yīng)較慢3.過流截止保護加檢測電路，過流時將觸發(fā)信號后移，甚至切斷RLD1T1T2D2uOiO二、過壓保護

過壓的原因：感性負載斷電，或其他元件的換路產(chǎn)生高壓。T1CRT1ZF1.阻容保護——利用C吸收過壓的能量，再釋放給R消耗掉2.壓敏電阻保護——過壓時Z阻值銳減，燒斷Fuse10.8單結(jié)晶體管及其觸發(fā)電路10.8.1單結(jié)晶體管一、單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和等效電路eb1b2Drb1rb2等效電路b2b1e符號UJTPNeb2b1結(jié)構(gòu)PN結(jié)二、單結(jié)晶體管的工作原理和特性曲線發(fā)射極開路時，UA=VBBrb1/(rb1+rb2)=ηVBB，η——分壓比eb1b2Drb1rb2AVBBREIEVEEUEB1峰點P的U,I分別稱為：VP

、IP;谷點V的U,I分別稱為：VV

、IVuEB1iE飽和區(qū)

負阻區(qū)截止區(qū)IVIPVPVVValleyPeakUEB1=0時,D反偏,僅有很小的漏電流IEOUJT——截止區(qū)UEB1>ηVBB+0.7V時,D導(dǎo)通,大量空穴注入

rb1→rb1↓→uA↓→ue↓→IE↑——負阻區(qū)

IE再↑→Ue↑不多——飽和區(qū)三、單結(jié)晶體管的典型應(yīng)用——張弛振蕩器uOuCttVVVPuCRUJTuORB+VBBC注意：1.

uO的幅值取決于VBB和η2.uO的脈寬與RB、C有關(guān)，(還與rB1有關(guān))3.uO的頻率與R、C有關(guān)，改變R可以改變振蕩頻率10.8.2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路一、基本電路RLD1T1T2D2uCRPR2R1DZCR3R4uOuGu1uZu1uZuCuGuOttttt

1

2

3

注意事項(1)DZ的穩(wěn)壓削波作用

使uG的幅值和半周內(nèi)第一個脈沖(后面的沒用)出現(xiàn)的時間不受u1的波動的影響u1uZuCuGuOttttt

1

2

3

(2)變壓器的同步作用

將主電路與觸發(fā)電路經(jīng)變壓器接同一電源，主電路過零時，uZ也過零，把uC放光，下半周又從零開始，保證

1=

2

=

3，

uZ處不可加濾波電容(3)RP的移相作用

RP↑→C充電變慢，

↑→

↓→uO↓，改變RP可以調(diào)節(jié)uO二、改進電路uCR4R2R1DZR5R3T1T2CD1D2~220VT1

、T2組成D.C.Amp，

uC↑→IC2↑→C充電加快→

↓→

↑→uO↑

若uC來自于反相后的uO，則很容易構(gòu)成穩(wěn)壓電源，使uO保持穩(wěn)定觸發(fā)脈沖由變壓器給出，作用：隔離、匹配D2可以防止反壓過高IC210.9開關(guān)型穩(wěn)壓電路一、穩(wěn)壓電源的分類線性穩(wěn)壓電源開關(guān)穩(wěn)壓電源按調(diào)整管工作狀態(tài)自激式開關(guān)電源它激式開關(guān)電源按開關(guān)管激勵方式降壓型穩(wěn)壓電源升壓型穩(wěn)壓電源反轉(zhuǎn)型穩(wěn)壓電源按輸出電壓大小和極性10.9.1開關(guān)型穩(wěn)壓電源uOuiTub串聯(lián)型穩(wěn)壓電源并聯(lián)型穩(wěn)壓電源按調(diào)整管連接負載二、開關(guān)穩(wěn)壓電源的特點優(yōu)點：1.效率高，η>80~90%2.體積小，功率密度大3.