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1、8.1 半导体直流稳压电源,8.2*晶闸管及其应用,电力电子技术,第8章,掌握直流稳压电源基本组成及各部分的作用。掌握两种整流电路：半波和桥式整流电路的电路结 构、工作原理及器件参数的选取。掌握各种滤波电路的电路结构、工作原理及特点。掌握稳压管稳压电路的组成和工作原理。了解串联型稳压电路和集成稳压电路的工作原理。了解开关型稳压电源。了解晶闸管可控整流和交流调压电路。,学习目标,电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。,整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。,滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。,稳压电路:在电网电压波动及负载变化时,保持输出电压u0稳定
2、。,8.1 半导体直流稳压电源,变压器,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,整流电路的任务是把交流电压转变为单向脉动的直流电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式整流等。为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即加正向电压导通，且正向导通电阻为零（相当于短路），加反向电压截止，且反向电阻为无穷大（相当于开路）。,8.1.1 整流电路,1.单相半波整流电路,1）电路,Tr：整流变压器,VD：理想二极管,UD 0，VD导通；UD=0，I取决于外电路；,UD 0，VD截止；I=0，UD（负值）取决于外电路。,RL：负载电阻,u1，u2：正弦波,u20时，二极管导通，,2）
3、工作原理,u20时，二极管截止，,uo,io,uD,u0=u2，uD=0,u0=0，uD=u2,思考：D反接，uo的波形,二极管上承受的最高反向电压：,二极管的平均电流：,3）各电量计算,输出电压平均值：,输出电流平均值：,半波整流时，变压器副边电流为非正弦波！有效值与最大值不满足 的关系。,4）整流元件选择,选择依据：,二极管上承受的最高反向电压：UDRM,二极管上的平均电流：ID,选择方法：,查手册，看参数，选型号,最大整流电流 IOM,最大反向工作电压URM,URM=（23）UDRM,整流桥,1）电路,2.单相桥式整流电路,简化画法,u2正半周时：,2）工作原理,Tr,u20，D1，D3
4、通，D2，D4止；,u20，D2，D4通，D1，D3止；,u0=u2,u0=-u2,u2负半周时：,uo,io,输出是单向脉动的直流电压！,二极管上承受的最高反向电压：,二极管的平均电流：,3）各电量计算,输出电压平均值：,输出电流平均值：,变压器副边电流有效值为正弦波电流的有效值！,4）整流元件选择,同半波整流。,最大整流电流 IOM,最大反向工作电压URM,URM=（23）UDRM,几种常见的硅整流桥,u0,电源短路,桥式整流电路中，若D3断开、短路、反向，会出现什么现象？,8.1.2 滤波电路,滤波原理:,交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利
5、用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。,1.电容滤波电路,桥式整流电容滤波电路,1）电路,接在整流电路之后，与负载并联；,一般选择极性电容器。,没有电容时的输出波形,2）工作原理,0,/2,t1,t2,C事先未充电,u2 uo，D1、D3通，C充电,C放电，指数规律，快！,u2 uo，D1、D3仍导通,uo正弦规律,uo仍为正弦规律,C放电，指数规律慢！uc u2，D1、D3截止，uo指数规律,有电容时的输出波形,u2正弦规律，慢！,有电容时的输
6、出波形,半波整流电容滤波时,没有电容时的输出波形,u2 uo时，二极管截止，电容通过RL放电，u0逐渐下降。电容的放电电流填补了波形的部分空白，使输出电压的平均值增大。,滤波电容在u2 uo时充电，在u2 uo时放电。桥式整流电容滤波时，每个周期充、放电两次；半波整流电容滤波时，每个周期充、放电一次；,输出电压的平滑程度和平均值与电容的放电时间常数RLC有关。RLC越小，输出电压越低，输出电压中含纹波成分越大。,RLC大,RLC小,UO,UO,若空载（RL开路），输出波形如何？,3）滤波电容的选择与输出电压的估算,C容量选择：,T：交流电压的周期,C耐压选择：,C耐压,输出电压的估算：,半波整
7、流电容滤波:,桥式整流电容滤波:,RLC愈大电容器放电愈慢U0(平均值)愈大。,4）电容滤波电路的特点,电路简单，波形平滑；,输出电压平均值提高大；,整流二极管导通时间短，峰值电流大；,整流电路的输出电流,输出特性（外特性）较差；,输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,U0也随之改变。如:RL愈小(I0越大),U0下降多。,电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小且负载变动不大的场合。,输出特性(外特性):,负载开路时的输出电压,2.电感滤波电路,在桥式整流电路与负载间串入一电感L，就构成了电感滤波电路。,1）电路,对直流分量(f=0)：XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波
8、分量：f 越高,XL越大,电压大部分降在XL上。因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。,2）滤波原理,整流输出的脉动电压中既含直流分量(f=0)，也含各次谐波分量（不同频率的交流分量）。,3）电感滤波的特点:,整流管导电角较大,峰值电流很小,输出特性比 较平坦,适用于低电压大电流(RL较小)的场合。,电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。,若在电感滤波器后再加一电容滤波，则构成了LC滤波器，滤波效果更好。,LC滤波器,LC滤波电路,电路结构,其滤波原理及应用场合与电感滤波相似,1）LC 型滤波器,LC 型滤波电路,电路,同电感滤波电路。,3.型滤波电路,滤波原理及应用场合,为了改善滤波特性，可
9、采取多级滤波的办法,如在电容滤波后再接一级（LC 或RC）滤波电路，从而构成（LC 或RC）-型滤波电路。,2）RC-滤波,RC-,电路,滤波原理,桥式整流电路输出的直流脉动电压经C1滤波后，仍含有一定的纹波成分，再经R和C2使其中的交流分量较多地降在电阻两端（因为电容C2的交流阻抗很小），而较少地降在负载上，从而有较好的滤波效果。,特点,电阻上有直流压降损失；,适用于负载电流较小，又要求输出电压脉 动很小的场合。,滤波效果好，脉动分量小；,8.1.3 稳压电路,常用稳压电路（小功率）,稳压管稳压电路,集成稳压电路,电路简单，带负载能力差，一般只提供基准电压。,电路简单，带负载能力较强，作为电
10、源使用。,1.稳压管稳压电路,1）电路,R：调整电阻,DZ：稳压管与负载电阻RL并联,2）工作原理,UI UO=UZ IZ UR UO=uI-uR,当电源电压波动引起输出变化时，调整过程如下：,请自行分析电源电压下降时的调整过程。,3）稳压管的选择,2.串联型稳压电路,集成稳压器的基础,1）电路结构,串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。,基准电压部分：稳压管稳压电路；,2）工作原理,取样部分：R1，R2串联，取出输出电压的一部分；,比较放大器，运放组成差动放大，放大UZ，Uf 的差；,调整部分：T，与负载串联。,R1：串联负反馈。,改变UZ或电位器可调整UO。,稳
11、压原理,当UI增加或输出电流减小使U0升高时,集成稳压电源简介,3.集成稳压电源,将串联型稳压电路集成在一块半导体基片上；,体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉；,电路内部附有短路和过热保护环节；,常用的W7800和W7900系列三端集成稳压器（只有输入，输出和公共引出端）。,1端:输入端3端:公共端2端:输出端,W7800系列稳压器外形,1端:公共端3端:输入端2端:输出端,W7900系列稳压器外形,分类:,型号后XX两位数字代表输出电压值,W78系列(输出正电压)W79系列(输出负电压),输出电压额定电压值有:,5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七个档次。,有1.5A、0.5
12、A和0.1A三个电流档次。,1）输出为固定正电压的电路,应用电路,输入比输出的电压绝对值要高至少3V,UI：整流滤波后的直流电压；,CI：用于抵消输入线较长时的电感效应，以防产生自激振荡，改善纹波特性。(通常取 0.33F）,CO：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，改善负载的瞬态效应。(通常取 1F）,2）输出为固定负电压的电路,公共端是正！,输入比输出的电压绝对值要高至少3V,3）输出为正、负电压的电路,UXX:为W78XX固定输出电压UO=UXX+UZ,4）提高输出电压的电路,5）扩大输出电流的电路,I2 I1=IR+IB=-UBE/R+IC/,一般I3很小，可忽略不计,
13、则：,输出电流比不接三极管时的I2增大了 IC。,电阻R的阻值要使功率管只能在输出电流比较大时才导通,6）输出电压可调式电路,小结提纲,半导体直流稳压电源,（一）单相整流电路,1、单相半波整流电路,2、单相桥式整流电路,输出电压平均值（U0）,二极管上承受的最高反向电压UDRM,二极管上的平均电流ID,负载上的(平均)电流（I0）,3、整流电路中整流管的选择,最大整流电流 IOM,IOM ID,最大反向工作电压URM,URM=（23）UDRM,（二）滤波电路,1、电容滤波电路,(T:电源电压的周期),半波整流电容滤波:,全波整流电容滤波:,U0=U2,U0=1.2U2,电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小且负载变动不大的场合。,有电容时的输出波形,2、电感滤波,适用于低电压大电流(RL较小)的场合。,3、LC滤波器,其滤波原理及应用场合与电感滤波相似,4、RC-滤波,适用于负载电流较小，又要求输出电压脉动很小的场合。,（三）稳压电路,1、稳压管稳压电路,电路结构,稳压电路,2、集成稳压器,正负电压同时输出电路,输入与输出端之间的电压不得低于3V！,
