《直流穩(wěn)壓電源》PPT課件.ppt

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1,2020年5月31日星期日,第十三章直流穩(wěn)壓電源,幾乎所有的電子電路都需要穩(wěn)定的直流電源，有的使用化學(xué)電源如電池、電瓶等，但大部分都使用交流電網(wǎng)供電。主要原因是傳輸方便、使用方便、價格便宜等，所以得到了廣泛的應(yīng)用。,整流的主要元件是單向?qū)щ娫?如二極管、晶閘管。,逆變的主要元件是晶閘管。,一般交流電源和直流電源是可以互換的。從交流到直流的稱為整流，從直流到交流的稱為逆變。,2,2020年5月31日星期日,直流穩(wěn)壓電源從工作狀態(tài)可分為：,線性穩(wěn)壓電源,開關(guān)穩(wěn)壓電源,,線性穩(wěn)壓電源,——優(yōu)點：,輸出平穩(wěn)，元件少。,——缺點：效率低。,開關(guān)穩(wěn)壓電源,——優(yōu)點：效率高。,——缺點：紋波大。,下面我們討論線性穩(wěn)壓電源的組成部分及工作原理,3,2020年5月31日星期日,半導(dǎo)體直流電源的原理框圖,,,,,,,,,,交流電源,負(fù)載,變壓,整流,濾波,穩(wěn)壓,1、整流變壓器：將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。,2、整流電路：將交流電源電壓變換為單向脈動電壓。,3、濾波器：減小整流電壓的脈動程度，以適合負(fù)載的需要。,4、穩(wěn)壓環(huán)節(jié)：在交流電源電壓波動或負(fù)載變動時，使直流輸出電壓穩(wěn)定。,4,2020年5月31日星期日,13–1單相半波整流電路,整流電路：,iD,設(shè)變壓器副邊電壓為,根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦裕诙O管加正向電壓時導(dǎo)通，負(fù)載兩端有輸出電壓；,整流元件：,1、電路,2、工作原理,而在加反向電壓時二極管截止，負(fù)載得不到輸出電壓。,負(fù)載的電壓波形及電流波形見右下曲線圖。,將交流電壓變換為單向脈動電壓的電路。,是具有單向?qū)щ娔芰Φ亩O管或晶閘管。,5,2020年5月31日星期日,3、輸出直流電壓UO，直流電流IO,,二極管只在半個周期能夠?qū)щ?，而?fù)載上得到的電壓是單一方向，大小隨時間而變的(單向脈動電壓)。,對這種整流的輸出電壓，常用一個周期的平均值來表示它的大小。其平均值為：,,,,,如果電路負(fù)載已知，則整流輸出電流的平均值為,6,2020年5月31日星期日,4、二極管的平均電流和最大反向電壓,二極管所承受的平均電流和最大反向電壓：,例,有一單相整流電路,負(fù)載電阻為750?,變壓器副邊電壓為20V，,試求Uo、Io及UDRM、并選用二極管。,解,查二極管參數(shù)(P358)，選用2AP4(16mA,50V)。為了使用安全此項參數(shù)選擇應(yīng)比計算值大一倍左右。,7,2020年5月31日星期日,,13-2、單相橋式整流電路,單相半波整流電路只利用了電源的半個周期，并且整流電壓的脈動較大。為此常采用全波整流電路，最常見的就是單相橋式整流電路，它有四個二極管接成電橋的形式構(gòu)成。下圖給出了橋式整流電路的四種畫法。,1、電路,該電路的特點是：兩陰兩陽接負(fù)載，陰陽交會接電源。,8,2020年5月31日星期日,在變壓器副邊電壓u為正半周時，二極管D1、D3導(dǎo)通，而二極管D2、D4截止；,,,,當(dāng)副邊電壓u為負(fù)半周時，二極管D2、D4導(dǎo)通，而二極管D1、D3截止。,2、橋式整流電路的工作原理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,D2、D4通,D1、D3通,D1、D3通,D2、D4通,,,9,2020年5月31日星期日,3、輸出直流電壓與直流電流,10,2020年5月31日星期日,4、二極管的平均電流和最大反向電壓,11,2020年5月31日星期日,,整流電壓平均值,電路,整流電壓波形,二極管平均電流,二極管反向電壓,副邊電流有效值,常見的幾種整流電路,12,2020年5月31日星期日,從前面的討論得知，無論是哪種整流電路，其輸出電壓或電流都存在著脈動現(xiàn)象。這在少數(shù)要求不高的場合，如電鍍、電解以及直流電磁鐵等處可以應(yīng)用。而各種電子設(shè)備，都要求平穩(wěn)的直流電源，因此要加濾波器以改善輸出波形的脈動程度。對整流電路的濾波，一方面要盡量降低輸出電壓中的脈動成份，另一方面又要盡量保留其中的直流成分，使輸出電壓接近于理想的直流電壓。,13-3濾波電路,13,2020年5月31日星期日,濾波器的基本組成元件是電容或電感。利用它們在所供給的能量較多時儲存一部分能量，然后再逐漸釋放出來，從而得到比較平滑的波形。,下面介紹幾種常用的濾波電路,從另一個角度來看，是利用L、C對不同頻率所呈顯的不同阻抗，將其合理地安排在電路中，就可以降低不需要的交流成分，保留直流成分，達(dá)到濾波的目的。,13-3濾波電路,14,2020年5月31日星期日,,,D截止,,,,D導(dǎo)通,1、電路與工作原理,（1）未接電容時的波形,（2）接電容以后,,,,,根據(jù)以上的分析，負(fù)載上的電壓的脈動程度大為減小，對于全波及橋式整流電路，其原理相同，只是波形更加平穩(wěn)。,13.4、電容濾波電路(C濾波器),15,2020年5月31日星期日,,在負(fù)載不同的情況下，取用輸出電流Io愈大輸出平均電壓Uo愈小。其外特性曲線如右圖：,采用電容濾波時，輸出電壓的脈動程度與電容器的放電時間常數(shù)RLC有關(guān)，其值愈大則脈動程度就愈小。一般認(rèn)為,或,即可達(dá)到要求，此時輸出電壓Uo由下式估算：,(半波),(全波),電容濾波器輸出電壓的脈動程度有所改善，但帶負(fù)載能力較差。,(RL=∞),16,2020年5月31日星期日,由于二極管的導(dǎo)通時間較短，因此通過二極管的的電流峰值較大，應(yīng)避免電流沖擊損壞二極管；,由于濾波電容保持有電壓輸出，應(yīng)注意二極管截止時所承受的最高反向電壓UDRM有所不同，帶電容濾波的半波整流電路,帶電容濾波的橋式整流電路UDRM不變；,常用電容器一般在101~103微法，視負(fù)載電流大小而定。其耐壓值應(yīng)大于輸出電壓的最大值，一般大容量電容具有極性。,電容濾波電路中元件的選擇：,17,2020年5月31日星期日,電感電容濾波電路,由于電感線圈對整流電流的交流分量具有阻抗，?L比RL大得愈多則濾波效果就愈好。,一般需要線圈的電感量較大，但其直流電阻也較大，因而會造成輸出電壓的下降。,LC濾波器適于電流較大、輸出電壓脈動很小的場合，更適合于高頻濾波。,13.5、電感電容濾波器(LC濾波器),要進(jìn)一步減小輸出電壓的脈動程度，可在濾波電容之前串入鐵心電感線圈L——即LC濾波器。,18,2020年5月31日星期日,如圖電源輸出電壓為24V，電流為1.8A。變壓器副繞組N3的電壓約為20V，C2起抑制高頻干擾作用；副繞組N2的電壓為5.5V，供照明指示燈用。直流24V電池的極性可任意接入。,實際電源舉例,19,2020年5月31日星期日,經(jīng)整流和濾波后，雖脈動程度有了最大改善，但直流電壓幅度還會隨著電網(wǎng)的波動或負(fù)載的變化而變化。,如圖采用橋式整流和電容濾波，得到直流電壓Ui，再經(jīng)過限流電阻R和穩(wěn)壓管DZ，使負(fù)載得到一個比較穩(wěn)定的直流電壓。,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,13.6直流穩(wěn)壓電源,一、電路,13.6.1、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路（并聯(lián)式穩(wěn)壓電源）,最簡單的直流穩(wěn)壓電源是利用穩(wěn)壓管組成的。,20,2020年5月31日星期日,,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,保持負(fù)載電壓Uo近似不變。,當(dāng)電源電壓升高時,當(dāng)負(fù)載增加時,→保持負(fù)載電壓Uo近似不變。,二、工作原理,u↑,→Ui↑,→Uo↑,→IZ↑↑,→UR↑,→Uo↓,（RL↓）,→Io↑,→UR↑,→Uo↓,→IZ↓↓,→UR↓,21,2020年5月31日星期日,三、R的選擇,,最壞的情況,,,IZmax,IZmin,22,2020年5月31日星期日,三、R的選擇,,R稱為限流電阻，也叫穩(wěn)壓電阻。,最壞的情況,注意：R可能無解；同時注意電阻的功率。,23,2020年5月31日星期日,四、DZ的選擇：,優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便,缺點：輸出UO不能調(diào)整，輸出電流受限，輸出電壓的穩(wěn)壓性較差。效率很低,24,2020年5月31日星期日,13.6.2恒壓源,反相輸入恒壓源,同相輸入恒壓源,25,2020年5月31日星期日,13.6.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,一、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的缺點,二、串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路的引出,,,,,3、輸出穩(wěn)定性不高。,2、工作電流小，帶負(fù)載差。,1、輸出電壓不能任意調(diào)整。,26,2020年5月31日星期日,,,,,由于晶體管和負(fù)載是串聯(lián)的，所以稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。,T叫調(diào)整管，,二、串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路的引出,27,2020年5月31日星期日,輸出電壓的求法,三、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路的原理圖,28,2020年5月31日星期日,四、使用運算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源,29,2020年5月31日星期日,13.7集成三端穩(wěn)壓電器,穩(wěn)壓電源的應(yīng)用場合相當(dāng)廣泛，但分立件串聯(lián)型穩(wěn)壓電源及由運放構(gòu)成的穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，還要注意加接保護(hù)電路。因此，單片集成穩(wěn)壓電源應(yīng)運而生并且得到廣泛應(yīng)用?；究梢宰龅矫庹{(diào)試，且體積小、可靠性高、使用靈活、價格低廉。,30,2020年5月31日星期日,一、外形圖和主要參數(shù),目前最普遍應(yīng)用的單片穩(wěn)壓電源是W（LM）7800系列和W（LM）7900系列。其內(nèi)部電路是在串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)上構(gòu)成的。只有三個引出端：輸入端1、輸出端2和公共端3(俗稱三端集成穩(wěn)壓器)。,31,2020年5月31日星期日,W7800系列為正電源輸出，典型應(yīng)用只需在輸入端和輸出端與地之間各并聯(lián)一個電容即可。前者抵消較長輸入線的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。后者用于吸收負(fù)載突變所產(chǎn)生的電壓抖動雜波。,W7900系列為負(fù)電壓輸出，除功能電極位置有差異外與W7800系列的應(yīng)用電路一致。,二、典型應(yīng)用電路,32,2020年5月31日星期日,三、正、負(fù)電源同時輸出的電路,33,2020年5月31日星期日,輸出電壓為,四、提高輸出電壓的應(yīng)用電路,34,2020年5月31日星期日,五、擴大輸出電流的電路,一般I3很小，則,注意：UBE為負(fù)的。,35,2020年5月31日星期日,,六、輸出電壓可調(diào)的電路,36,2020年5月31日星期日,LM317/217/117,七、三端可調(diào)輸出的集成穩(wěn)壓電源,LM337/237/137最大輸入輸出壓差為50V,37,2020年5月31日星期日,