直流穩(wěn)壓電源

1、直流穩(wěn)壓電源一、直流穩(wěn)壓電源的組成和功能二、單相整流電路三、濾波電路四、穩(wěn)壓電路五、集成穩(wěn)壓電源電源變壓器: 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。一、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 路整 流 電 路濾 波 電 路穩(wěn) 壓 電 路u1u2u3u4uo單相三相二極管可控硅橋式倍壓整流半波全波本課主要介紹：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ?，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(lèi)：整流

2、電路的任務(wù)：二、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=u2u1u2aTbDRLuo為分析簡(jiǎn)單起見(jiàn)，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o(wú)窮大。二極管截止, uo=0+io+u2 0 時(shí):u20 時(shí)D1,D4導(dǎo)通D2,D3截止電流通路:a D1RLD4bu20 時(shí)D2,D3導(dǎo)通D1,D4截止電流通路:b D2RLD4a單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形u2D3D2D1D4RLuoab整流輸出電壓平均值： Uo2負(fù)載電流平均值:Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL 二極管平均電流：ID=Io/2二極管最大反向電壓：DR

3、M22UU=u2ttuD2,uD3uD1,uD4tuo集成硅整流橋：u2uo+ + - +4. 整流電路的主要參數(shù) 負(fù)載電壓 Uo的平均值為:( )=ootduU2021負(fù)載上的(平均)電流:LoRUIo=(1)整流輸出電壓的平均值uo20t 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。2. 脈動(dòng)系數(shù)6703222324221.UUUUSoMo=用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出 uo 分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttUuo=uo20t基波基波峰值輸出電壓平均值平均電流(ID)與反向峰值電壓(UDRM)是選擇整流管的主要依據(jù)。oDII21=2

4、2UURM=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(guò)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：(3)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 2ID)（選購(gòu)時(shí)：最大反向電壓 2URM)三、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)直流電壓整流濾波直流電壓RLLRLC1. 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。(1)電容濾波原理a橋式整流電容濾波電路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL未接入時(shí)(忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot設(shè)t1時(shí)刻

5、接通電源t1整流電路為電容充電充電結(jié)束沒(méi)有電容時(shí)的輸出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucRL接入（且RLC較大）時(shí) (忽略整流電路內(nèi)阻)u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot無(wú)濾波電容時(shí)的波形加入濾波電容時(shí)的波形uotu2上升， u2大于電容上的電壓uc，u2對(duì)電容充電，uo= uc u2u2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(guò)RL放電， uc按指數(shù)規(guī)律下降，時(shí)間常數(shù) = RL Cu2tuot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u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuo

6、t電容充電時(shí)，電容電壓滯后于u2。RLC越小，輸出電壓越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且RLC較大）時(shí) (考慮整流電路內(nèi)阻)一般取)105 (TCRL=(T:電源電壓的周期)近似估算: UoU2 Io= Uo/RL(b) 流過(guò)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(2)電容濾波電路的特點(diǎn)(a) 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(c) 二極管承受的最高反向電壓22UURM=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

7、感濾波電路。u2u1RLLuo電感濾波原理對(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。Uo=0.9U2當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：u2u1RLLuo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uoRu2u1C1C2uo1RLRC 型濾波器將RC 型濾波器中的電阻換為電感，變?yōu)長(zhǎng)C 型濾波器四、穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用:交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩(wěn)壓直流電壓穩(wěn)壓電源類(lèi)型:以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電

8、路(小功率設(shè)備)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，但因?qū)W時(shí)有限，這里不做介紹。1. 穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)(1)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。IIooUUUUS=(2)輸出電阻Ro （越小越好） 輸出電阻用來(lái)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(1)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

9、較放大；（3）輸出電壓取樣電路；（4）調(diào)整元件UOT+_UI比較放大基 準(zhǔn)電壓Uo取樣URFUORL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(chēng)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.UOT1+_UI比較放大基 準(zhǔn)電壓Uo取樣URFUORL調(diào)整元件+UB1+UIUoRLR3比較放大T1調(diào)整管R3 、 T2比較放大R1 、 RW 、R2采樣電阻R 、 UZ基準(zhǔn)電壓(2)一種實(shí)際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2穩(wěn)壓原理UoUB2UBE2=（UB2-U

10、Z）UC2 （UB1 ）Uo當(dāng) UI 增加或輸出電流減小使 Uo升高時(shí)R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2 （UB1 ）(3) 輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍因?yàn)椋篛U2BEZUU+22WRR+21WRRR+=()22221BEZWWOUURRRRRU+=所以：2221ZWWURRRRR+=忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU+=4=6V4.74.7

11、+=4.74.7+ 4.7221ZWOmaxURRRRU+=4=12V4.74.7+=4.74.7(4) 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(guò)熱保護(hù)電路R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化集成穩(wěn)壓電源五、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(lèi)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 W791