12 第十二章 直流稳压电源.pptx

第1页：直流稳压电源封面

第12章直流稳压电源

第2页：本章内容概览

第12章直流稳压电源12.1整流电路12.2滤波器12.3直流稳压电源*12.4晶闸管及可控整流电路

第3页：本章内容与要求概览

下图是半导体直流电源的原理方框图，它表示把交流电变换为直流电的过程。

滤波整流稳压交流电源负载OtuOtuOtuOtuOtu变压

第4页：本章内容与要求概览

滤波整流稳压交流电源负载OtuOtuOtuOtuOtu变压图中各环节的功能如下：1．整流变压器：将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。

• 整流电路：将交流电压变换为单向脉动电压。
• 滤波器：减小整流电压的脉动程度。
• 稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定，成为符合整流需要的电压。

第5页：12.1 整流电路

整流电路中最常用的是单相桥式整流电路，它由四个二极管D1∼D4接成电桥的形式构成。

图中标注与公式片段：RLiOD4D3D2D1~+u−+uO−

第6页：RLiO工作原理

RLiO工作原理

在u的正半周，D1和D3导通，D2和D4截止(相当于开路)，电流的通路如图中红色箭头所示。

图中标注与公式片段：D4D3D2D1~+u−+uO−+–

第7页：RLD4D3D2iOD1在u的负半周

RLD4D3D2iOD1在u的负半周，D2和D4导通，D1和D3截止(相当于开路)，电流的通路如图中绿色箭头所示。

~+u−+uO−+–在一个周期内，通过电阻的电流方向相同，在负载上得到的是全波整流电压uO。

第8页：RLD4D3D2iOD1在u的负半（续）

ωt0ωt0ωt0ωt0π2π3ππ2π3πImππ2π2π3π3πuD1uD3uD4uD2uOuuDiO由于二极管的正向压降很小，因此可认为uO的波形和u的正半波是相同的。

输出电压的平均值为式中，U是变压器二次交流电压u的有效值。

截止管所承受的最高反向电压为

第9页：今采用单相桥式整流电路

右图是单相桥式整流电路的简化画法[例1]已知负载电阻RL=80Ω，负载电压UO=110V。

今采用单相桥式整流电路，交流电源电压为380V。

• 如何选用晶体二极管？
• 求整流变压器的变比及容量。

[解](1)负载电流每个二极管通过的平均电流变压器副边电压的有效值为+uo−RLio~+u−

第10页：考虑到变压器二次绕组及管子上的压降

考虑到变压器二次绕组及管子上的压降，变压器二次电压大约要高出10%，即122×1.1V=134V。

于是因此可选用2CZ55E晶体二极管，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。

• 变压器的变比及容量变压器的变比变压器二次电流的有效值为变压器的容量为可选用BK300(300V˙A)，380/134V的变压器。

第11页：12.2 滤波器

电容充电电容放电二极管导通时给电容充电，二极管截止时电容向负载放电；

滤波后输出电压uO的波形变得平缓，平均值提高。

12.2.1电容滤波器(C滤波器)电容滤波器的组成和工作原理RLD1D4D3D2iOC~+uO=uC−+u−

第12页：经C滤波后uO的波形ωtuOττ'τ

经C滤波后uO的波形ωtuOττ'τ'<τ0π2π可见放电时间常数τ=RLC越大，脉动越小，输出电压平均值越高，一般要求式中，T是uO的周期。

[例1]有一单相桥式电容滤波整流电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=200Ω，要求直流输出电压UO=30V，选择整流二极管及滤波电容器。

[解](1)选择整流二极管流过二极管的电流取UO= 1.2U，所以变压器二次电压的有效值。

图中标注与公式片段：这时，UO≈1.2U。

第13页：经C滤波后uO的波形ωtuOττ'τ

取UO= 1.2U，所以变压器二次电压的有效值二极管所承受的最高反向电压因此可选用2CZ52B型二极管，其最大整流电流为100 mA，反向工作峰值电压为50 V。

• 选择滤波电容器选用C= 250μF，耐压为50 V的极性电容器。

第14页：RLLC~+u−12.2.2电感电容

RLLC~+u−12.2.2电感电容滤波器(LC滤波器)当通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中要产生自感电动势阻碍电流的变化，因而使负载电流和负载电压的脉动大为减小。

频率越高，电感越大，滤波效果越好，而后又经过电容滤波，使输出电压更为平直。

第15页：12.3 直流稳压电源

直流稳压电源12.3.1稳压二极管稳压电路引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流的变化，下面分析在这两种情况下的稳压作用。

• 当交流电源电压增加而使整流输出电压UI随着增加时，负载电压UO也要增加。

UO即为稳压管两端的反向电压。

当负载电压UO稍有增加时，稳压管的电流IZ就显著增加，因此限流电阻R上的电压降增加，以抵偿UI的增加，从而使UO保持近似不变。

图中标注与公式片段：IRRLCRIZDZIO+UO−+UI−~+

第16页：当电源电压保持不变

• 当电源电压保持不变，而负载电流增大时，电阻R上的电压降增大，负载电压UO因而下降。

只要UO下降一点，稳压管电流IZ就显著减小，使通过电阻R的电流和电阻上的电压降保持近似不变，因此负载电压UO也就近似稳定不变选择稳压管时一般取UZ=UO，UI= (2 ~ 3)UO。

[例1]有一稳压二极管稳压电路，负载电阻RL由开路变到3kΩ，交流电压经整流滤波后得出UI=30V。

今要求输出直流电压UO=12V，试选择稳压管DZ。

[解]根据输出电压UO= 12V的要求，负载电流最大值可选择稳压二极管2CW60，其稳定电压UZ=(11.5~12.5)V，其稳定电流IZ=5mA，最大稳定电流IZM=19mA。

第17页：集成稳压电源本节主要介绍

12.3.2集成稳压电源本节主要介绍W7800系列(输出正电压)和W7900系列(输出负电压)，它们的电路符号如下图所示:W7800++231W790013_2_这种稳压器只有输入端、输出端和公共端三个引出端，故也称为三端集成稳压器。

W7800系列1为输入端，2为输出端，3为公共端；

W7900系列3为输入端，2为输出端，1为公共端。

W7800系列输出固定的正电压有5V，8V，12V，15V，18V，24V多种。

例如W7812的输出电压为12V。

W7900系列输出固定负电压，其参数与W7800基本相同。

第18页：Ci一般在0.1~1μF之间

下图给出了三端集成稳压器的接线方法，Ci用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡。

Ci一般在0.1~1μF之间；

Co是为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动，Co可取1μF。

UO= 12VW7812123Co++UICi三端集成稳压器的几种应用电路：

第19页：同时输出正、负电压的电路~24V~

• 同时输出正、负电压的电路~24V~24V~220 VW7815W7915132321++CC1000μF1000μFCi0.33μFCi0.33μFCO1μFCO1μF+15 V−15 V

第20页：提高输出电压的电路输出电压UO=U×

• 提高输出电压的电路输出电压UO=U××+ UZW78××132CiCODZ+UO−+UI−+U××−+UZ−(3)扩大输出电流的电路可采用外接功率管T的方法来扩大输出电流。

一般I3很小，可忽略不计，则可得出TICW78××123CiCOI2RI3I1+UO−+UI−IRIBIO设β=10，UBE=−0.3V，R=0.5Ω，I2=1A，由上式可算出IC=4A，输出电流IO=I2+IC=5A，比I2扩大了。

第21页：输出电压可调的电路W78××

• 输出电压可调的电路W78××CiCO+UI−+U××−>∞−+++UO−R1R2R3R4可见移动电位器滑动端，改变电阻R2和R1的比值，便可调节输出电压UO的大小。

第22页：12.4 晶闸管及可控整流电路

*12.4晶闸管及可控整流电路12.4.1晶闸管AGKPNPN阳极阴极控制极AKG符号结构1．基本结构晶闸管是具有三个PN结的四层结构。

引出的三个电极分别为阳极A，阴极K和控制极(或称门极)G。

第23页：工作原理S(c)S(a)S(b)可用

• 工作原理S(c)S(a)S(b)可用下面的实验来说明晶闸管的工作原理(1)晶闸管导通(灯亮)必须同时具备两个条件：第一，在阳极与阴极之间加正向电压；

第二，控制极和阴极之间也要加正向电压(实际上加正触发脉冲)。

• 晶闸管导通后，断开控制极[图(b)所示]，晶闸管继续导通,即晶闸管一旦导通后，控制极就失去控制作用(这对普通晶闸管而言)。

第24页：要使从导通转为阻断(截止)

• 要使从导通转为阻断(截止)，必须切断阳极电源,或在阳极与阴极之间加反向电压，或将电流减小到某一数值(维持电流IH)以下。
• 伏安特性导通阻断OIHIAUAUBRUBOIG0>IG1>IG2+−−+从正向特性看，当UA<UBO时，晶闸管处于阻断状态，只有很小的漏电流通过。

当UA增大到某一数值时，晶闸管由阻断状态突然导通，

第25页：这时所对应的电压称为正向转折电压

这时所对应的电压称为正向转折电压UBO。

晶闸管导通后，就有较大电流通过，但管压降只有1V左右。

从反向特性看，晶闸管处于阻断状态，只有很小的反向漏电流通过，当反向电压增大到某一数值时，使晶闸管反向导通(击穿)，所对应的电压称为反向转折电压UBR。

晶闸管的型号及其含义如下

K P—导通时平均电压组别(小于100A不标)，共9级，用A~I字母表示0.4~1.2V额定电压，用其百位数或千位数表示额定正向平均电流(A)普通型晶闸管

图中标注与公式片段：IG越大，UBO越低。

第26页：可控整流电路单相半控桥式整流电路

12.4.2可控整流电路单相半控桥式整流电路ugωtωtuOαθθ—导通角iOωt0u200π2π3πT1，D2导通T1，D2导通T2，D1导通α—控制角(又称移相角)在u的正半周，T1和D2承受正向电压，这时如引入触发脉冲ug，则T1和D2导通，而T2和D1截止；

在u的负半周，T2和D1导通，T1和D2截止。

图中标注与公式片段：~iOD1T1T2D2+u−RL+uO−

第27页：整流输出电压的平均值可以用控制角表示

整流输出电压的平均值可以用控制角表示，即显然，导通角θ越大(控制角α越小)输出电压越高。

晶闸管所需的触发脉冲由专门的触发电路提供。

第28页：例题1：有一纯电阻负载

[例1]有一纯电阻负载，需要可调的直流电源：电压UO=0~180V，电流IO=0~6A。

现采用单相半控桥式整流电路，试求交流电压的有效值，并选择整流元件。

[解]设晶闸管导通角θ为180°时(控制角α=0时)，UO=180V，IO=6A，交流电压有效值考虑到电网电压波动、管压降以及导通角常常到不了180°等因素，交流电压要比上述计算值适当加大10%左右，可取220V，因此可不用整流变压器，直接接到220V的交流电源上。

晶闸管可选用KP5-7型，二极管可选用2CZ5/300型。