直流穩(wěn)壓電源的組成和功能.ppt

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電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。,整流電路: 將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。,濾波電路: 將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。,穩(wěn)壓電路: 清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。,直流穩(wěn)壓電源的組成和功能,整 流 電 路,濾 波 電 路,穩(wěn) 壓 電 路,本課主要介紹： 單相半波整流，單相全波整流，單相橋式整流,把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。,整流電路分類：,整流電路的任務(wù)：,15.2 單相整流電路,(1)單相半波整流電路,二極管導(dǎo)通，忽略二極管正向壓降， uo=u2,為分析簡(jiǎn)單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。,二極管截止, uo=0,u2 0 時(shí):,u20時(shí):,單相半波整流電壓波形,,輸出電壓平均值（Uo）,輸出電流平均值（Io )：,Io= Uo /RL =0.45 U2 / RL,二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：,,,,,,,,,,,u1,u2,,,,,,,,T,D,RL,,uo,,uD,io,,(2)單相全波整流電路,原理：,變壓器副邊中心抽頭， 感應(yīng)出兩個(gè)相等的電壓u2,當(dāng)u2正半周時(shí)， D1導(dǎo)通， D2截止。,當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)， D2導(dǎo)通， D1截止。,單相全波整流電壓波形,+,忽略二極管正向壓降,輸出電壓平均值（Uo）,輸出電流平均值（Io )：,,Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL,二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：,二極管上的平均電流：,二極管承受的最高反向電壓：,(3)單相橋式整流電路,組成：由四個(gè)二極管組成橋路,u2正半周時(shí)電流通路,D1 、D4導(dǎo)通， D2、D3截止,u2負(fù)半周時(shí)電流通路,D2、D3 導(dǎo)通， D1 、D4截止,u20 時(shí),D1,D4導(dǎo)通 D2,D3截止 電流通路: a ? D1? RL?D4?b,u20 時(shí),D2,D3導(dǎo)通 D1,D4截止 電流通路: b? D2? RL?D4?a,單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形,整流輸出電壓平均值： Uo=0.9U2,負(fù)載電流平均值: Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL,二極管平均電流：ID=Io/2,,集成硅整流橋：,(4) 整流電路的主要參數(shù),負(fù)載電壓 Uo的平均值為:,負(fù)載上的(平均)電流:,(a)整流輸出電壓的平均值,S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S越小越好。,(b)脈動(dòng)系數(shù)Ｓ,用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出 uo 分解后可得:,平均電流(ID)與反向峰值電壓(UDRM)是選擇整流管的主要依據(jù)。,例如： 在橋式整流電路中，每個(gè)二極管只有半周導(dǎo)通。因此，流過每只整流二極管的平均電流 ID 是負(fù)載平均電流的一半。,二極管截止時(shí)兩端承受的最大反向電壓：,(c)二極管平均電流與反向峰值電壓,（選購(gòu)時(shí)：二極管額定電流ID),（選購(gòu)時(shí)：反向峰值電壓 ? 2URM),15.3 濾波電路,濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 電容與負(fù)載 RL 并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。,交流 電壓,脈動(dòng) 直流電壓,直流 電壓,(1)電容濾波電路,以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。,(a)電容濾波原理,RL未接入時(shí)(忽略整流電路內(nèi)阻),,,充電結(jié)束,沒有電容時(shí)的輸出波形,a,uc,RL接入（且RLC較大）時(shí) (忽略整流電路內(nèi)阻ro),無濾波電容 時(shí)的波形,加入濾波電容 時(shí)的波形,,u2上升， u2大于電容 上的電壓uc，u2對(duì)電容充電， uo= uc? u2,,u2下降， u2小于電容上的電壓。 二極管承受反向電壓而截止。 電容C通過RL放電， uc按指數(shù) 規(guī)律下降，時(shí)間常數(shù)? = RL C,只有整流電路輸出電壓大于uc時(shí)，才有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。,二極管中的電流,電容充電時(shí)，電容電壓滯后于u2。,RLC越小，輸出電壓越低。,RL接入（且RLC較大）時(shí) (考慮整流電路內(nèi)阻ro),近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL,?流過二極管瞬時(shí)電流很大,RLC 越大 ? Uo越高?負(fù)載電流的平均值越大 ; 整流管導(dǎo)電時(shí)間越短 ? iD的峰值電流越大,(b)電容濾波電路的特點(diǎn),? 輸出電壓 平均值Uo與時(shí)間常數(shù) RLC 有關(guān),RLC 愈大? 電容器放電愈慢 ? Uo(平均值)愈大,? 二極管承受的最高反向電壓,電容濾波原理的 低通濾波器解釋,用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出 uo 分解后可得:,頻率越高，電容的容抗越小,ro,整流電路,(2)電感濾波電路,電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。,電感濾波原理(低通濾波器解釋）,對(duì)諧波分量: f 越高，XL 越大,電壓大部分降在XL上。 因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。,對(duì)直流分量: XL=0 相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上,(3) RC – ?型濾波器,改善濾波特性的方法：采取多級(jí)濾波,RC – ? 型濾波器,將RC – ? 型濾波器中的電阻換為電感，變?yōu)長(zhǎng)C – ? 型濾波器,15.4 穩(wěn)壓電路,穩(wěn)壓電路的作用:,穩(wěn)壓電源類型:,以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。,電路最簡(jiǎn)單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。,效率較高，目前用的也比較多。,(1) 穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo),(a)穩(wěn)壓系數(shù) S（越小越好）,穩(wěn)壓系數(shù)S反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。,(b)輸出電阻Ro （越小越好）,輸出電阻用來反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。定義為當(dāng)輸入電壓固定時(shí)輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實(shí)際上就是電源戴維南等效電路的內(nèi)阻。,(2)串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路,(a)電路結(jié)構(gòu)的一般形式,串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的組成： （1）基準(zhǔn)電壓； （2）比較放大； （3）輸出電壓取樣電路；（4）調(diào)整元件,因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，為深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱之為： 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。,若因輸入電壓變化或負(fù)載變化而使UO加大,比較放大電路使UB1變小,從而使UO降低.,(b)一種實(shí)際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源,穩(wěn)壓原理,,,當(dāng) UI 增加或輸出電流減小使 Uo升高時(shí),(c) 輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍,例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k?，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。,,(d) 實(shí)際的穩(wěn)壓電源采取的改進(jìn)措施,1. 比較放大級(jí)采用差動(dòng)放大器或集成運(yùn)放 2.調(diào)整管采用復(fù)合三極管 3. 采用輔助電源(比較放大部分的電源) 4. 用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益 5. 內(nèi)部加短路和過熱保護(hù)電路,集成化?集成穩(wěn)壓電源,用運(yùn)放作為比較放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,,,最大輸出電壓,最小輸出電壓,15.5 集成穩(wěn)壓電源,特點(diǎn)：體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉 內(nèi)部電路：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路 類型：W7800系列 —— 穩(wěn)定正電壓 W7805 輸出+5V W7809 輸出+9V W7812 輸出+12V W7815 輸出+15V W7900系列 —— 穩(wěn)定負(fù)電壓 W7905 輸出-5V W7909 輸出-9V W7912 輸出-12V W7915 輸出-15V,,,1端: 輸入端 2端: 公共端 3端: 輸出端,W7800系列穩(wěn)壓器外形及接線圖,+10V,+5V,注意：輸入與輸出端 之間的電壓不 得低于2V！,1端: 公共端 2端: 輸入端 3端: 輸出端,W7900系列穩(wěn)壓器外形及接線圖,-10V,-5V,集成穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路,U1=220V U2=8V,UC1=1.2 U2 =9.6V Uo=5V,集成穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路,（產(chǎn)生正負(fù)對(duì)稱電源）,開關(guān)電源原理,PWM: Pulse Width Modulation 脈寬調(diào)制,開關(guān)電源原理,小測(cè)驗(yàn),推導(dǎo)輸出電壓UO與輸入電壓UI1、UI2的關(guān)系式,