模電課件第八章直流電源.ppt

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1、第八章 直流電源,8.2 濾波電路,8.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,8.1 單相整流電路,8.4 集成穩(wěn)壓器,2,8.1 單相整流電路,小功率直流穩(wěn)壓電源的組成,功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適 的直流電壓,3,整流電路的作用: 將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動的直流電壓。,常見的整流電路： 半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。,分析時可把二極管當作理想元件處理： 二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。,整流原理： 利用二極管的單向?qū)щ娦?4,8.1.1 單相半波整流電路,u20時，二極管導通。,二極管導通,忽略二極管正向壓降： u0=u2,5,8.1.1 單相半波整流電路,u2<0時

2、，二極管截止,輸出電流為0。,二極管截止,u0=0,6,輸出電壓波形與大小,輸出電壓平均值（U0）：,輸出電壓波形：,7,輸出電壓波形與大小,二極管上承受的最高電壓：,二極管上的平均電流：,ID=I0,輸出電壓波形：,8,8.1.2 單相橋式整流電路,橋式整流電路,u2正半周時電流通路,1、工作原理,,9,橋式整流電路,u0,,u2負半周時電流通路,10,,u20 時,D1,D3導通 D2,D4截止 電流通路: 由+ 經(jīng)D1 RLD3 -,u2<0 時,D2,D4導通 D1,D3截止 電流通路: 由- 經(jīng)D2 RLD4 +,輸出是脈動的直流電壓！,,,,,,,,,,橋式整流電路輸出波形及二極管

3、上電壓波形,,11,2、負載上的直流電壓UL和直流電流IL的計算,負載電壓 UL的平均值為:,負載上的(平均)電流:,12,3、整流元件的選擇,平均電流(ID)與反向峰值電壓(URM)是選擇二極管的主要依據(jù)。,例如， 在橋式整流電路中，每個二極管只有半周導通。因此，流過每只整流二極管的平均電流 ID 是負載平均電流的一半。,二極管截止時兩端承受的最大反向電壓：,13,試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2 或D4 斷開時負載電壓的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？如果D2 或D4因擊穿短路，后果又如何？,解：當D2或D4斷開后 電路為單相半波整流電路。正半周時，D1和D3導通，負載中有電流

4、通過，負載電壓uo=u；負半周時，D1和D3截止，負載中無電流通過，負載兩端無電壓， uo =0。,14,如果D2或D4接反 則正半周時，二極管D1、D4或D2、D3導通，電流經(jīng)D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。,如果D2或D4因擊穿燒壞而短路 則正半周時，情況與D2或D4接反類似，電源及D1或D3也將因電流過大而燒壞。,15,例：有一直流負載，要求電壓為27V,電流為90A。采用單相橋式整流電路，試選用所需的整流元件。,解：根據(jù)給定條件，整流元件所通過的電流,整流元件所承受的最大反向電壓,因此，選用的整流元件必須是額定電流IF45A

5、, 最高反向工作電壓URM42V.,16,8.2 濾波電路,整流電路輸出波形中含有較多的紋波成分，與所要求的波形相距甚遠。所以通常在整流電路后接濾波電路以濾去整流輸出電壓的紋波。,8.2.1 電容濾波 8.2.2 電感濾波,17,8.2.1 電容濾波,利用電容器兩端的電壓不能突變的特點，將電容器與負載電阻并聯(lián)，以達到使輸出波形平滑的目的。,從能量的觀點看，由于電抗元件有儲能的作用，并聯(lián)的電容器C在電源電壓升高時，把部分能量存儲起來；而當電源電壓降低時，就把能量釋放出來，使負載電壓平滑。,（1）電容濾波電路,18,(2)濾波原理,負載RL未接入：,ui0，經(jīng)D1、3向C充電； ui0，經(jīng)D2、4

6、向C充電；,充電=RintC很小，電容很快充到u2最大值。,負載RL接入：,u2

7、=RLC越大,放電過程越慢，輸出電壓中脈動（紋波）成分越少，濾波效果越好。一般?。? 放電（35）T/2， T為電源交流電壓的周期。,當L很大，即IL很小時，盡管C較小, RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，所以電容濾波適合輸出電流較小的場合,放電增大t2點要右移， t3點要左移，二極管關(guān)斷時間加長，導通角減小，見曲線3。,21,整流濾波電路中，輸出直流電壓Uo隨負載電流 Io的變化關(guān)系曲線稱外特性。,（3）外特性,輸出直流電壓Uo隨負載電流 Io增加而減小。,C值一定，當RL=（空載）時，,當C=0 （無電容） 時，,當整流電路內(nèi)阻不大（幾歐）且放電時間常數(shù)滿足,22,8.2.2 電感濾波,

8、（1）濾波原理:,對直流分量( f=0):XL=0 相當于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量: 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。,U0=0.9U2,當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓約為：,23,（2）電感濾波的特點:,整流管導電角較大,峰值電流很小,輸出特性比較平坦,適用于低電壓大電流(RL較小)的場合。缺點是電感鐵芯笨重,體積大,易引起電磁干擾。,24,例：,有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率 f=50Hz，負載電阻 RL = 200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。,流過二極管的電流,二極管承受的

9、最高反向電壓,變壓器副邊電壓的有效值,解：1. 選擇整流二極管,可選用二極管,IOM =100mA UDRM =50V,25,取 RLC = 5 T/2,已知RL = 200,2. 選擇濾波電容器,可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器,26,8.3 串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路,UI的變化由UCE調(diào)節(jié)，因此三極管被稱為調(diào)整管。,因為Iz=IR+IB，有|Iz|=|IB|。只要Iz在穩(wěn)壓管的正常范圍內(nèi)，Uz就基本保持不變。,1、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,Uo=UzUBE,1）當電網(wǎng)電壓UI波動時,Uo基本不變。,2）當RL變化引起輸出電流的變化時 由于UR = UI Uz 不變，故流過R的電流不變。,演示,,

10、27,輸出電流的變化可擴大為（1+）Iz 。 由于三極管與負載是串聯(lián)的關(guān)系此電路稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。,為了改進穩(wěn)壓性能和使輸出電壓可隨意調(diào)節(jié)，可 1）引入深負電壓反饋使輸出電阻很小，以穩(wěn)定輸出電壓； 2）引入可隨意調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的放大器以改變輸出電壓。,上述電路穩(wěn)壓值是固定的，使用不方便。 需要向穩(wěn)壓性能好和輸出電壓可隨意調(diào)節(jié)方向改進。 想一想，該怎么做?,28,2、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路,1）電路組成和工作原理,組成： 采樣電路 基準電壓和放大電路 調(diào)整管,,29,穩(wěn)壓過程,UI或Io ,Uo,UF,Uid,UB,IC,UCE,,Uo,串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過程，實質(zhì)上是通過電壓負反饋使

11、輸出電壓保持基本穩(wěn)定的過程。,30,2）輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍,Uo的調(diào)節(jié)通過采樣電路R2的滑動端位置來實現(xiàn)。,深度負反饋下，,注意： 調(diào)整管T的調(diào)整作用是靠UF和UREF的偏差來實現(xiàn)的，該系統(tǒng)為閉環(huán)有差調(diào)整系統(tǒng)。 基準電壓直接影響穩(wěn)壓電源的性能。,31,3) 穩(wěn)壓電路的保護環(huán)節(jié),在串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管與負載串聯(lián)，故 ICIL 當輸出電流過大或輸出短路時，調(diào)整管會因為電流過大而使管耗過大而損壞。因此，有必要對調(diào)整管加以保護。,利用集成電路制造工藝，在調(diào)整管旁制作PN結(jié)溫度傳感器。當溫度超標時，啟動保護電路工作，工作原理與反饋保護型相同。,32,電阻R 檢測調(diào)整管的電流，當電

12、流在額定范圍內(nèi)時UR不足以使T2導通；而當電流超過額定值后，T2導通，將T1的基極電流分走一部分，削弱了負反饋作用。,限流型保護電路,調(diào)整管,當調(diào)整管電流超過一定限度時，對它的基極電流進行分流，以限制調(diào)整管的發(fā)射極電流不至于太大。,從這電路的外特性曲線可知，即使在輸出短路的情況下電流也不會太大。,33,1）當正常工作時，T2處于截止狀態(tài)，即： 若UIUoU+Ub1 IC（Io）Uo 2）當Io超過額定值時，保護管T2導通： 引起U+上升，穩(wěn)壓管因端電壓下降而截止，切斷了負反饋回路。 U+上升引起的一系列變化如下： U+Ub1Uc1（Uo） Ub2 Ic2U+ 這樣最終導致Uo接近于零，實現(xiàn)

13、了截流作用。,截流型保護電路,34,8.4 集成穩(wěn)壓器,單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉等優(yōu)點。 最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端固定式集成穩(wěn)壓器。,1. 分類,XX兩位數(shù)字為輸出電壓值,（1. 25 37 V 連續(xù)可調(diào)）,35,2. 外形及引腳功能,W7800系列穩(wěn)壓器外形,W7900系列穩(wěn)壓器外形,塑料封裝,,36,3. 性能特點（7800、7900系列）,輸出電流超過 1. 5 A（加散熱器） 不需要外接元件 內(nèi)部有過熱保護 內(nèi)部有過流保護 調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護 輸出電壓容差為 4%,輸出電壓額定值有: 5V、6V、 9V、12

14、V 、 15V、 18V、 24V等 。,37,輸出為固定正電壓時的接法如圖所示。,(1) 輸出為固定電壓的電路,輸入與輸出之間的電壓差取35V！,4. 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的應用,0.10.33F,1F,為了瞬時增減負載電流 時不致引起輸出電壓有較 大的波動。即用來改善負 載的瞬態(tài)響應。,用來抵消輸入端接線 較長時的電感效應， 防止產(chǎn)生自激振蕩。,38,(2)同時輸出正、負電壓的電路, 15V,39,,,UXX: 為W78XX固定輸出電壓 UO= UXX + U2,（3）提高輸出電壓的電路,40,,,（4）提高輸出電流的電路,41,,（5）恒流源電路,IL與負載電阻無關(guān)，當器件選定后，UXX為一定值，因此IL為恒流輸出。,