模电课件第八章直流电源

1、28.1 8.1 单相整流电路单相整流电路功能：功能：把交流电压变成稳定的大小合适把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压的直流电压u4uou3u23 将交流电压转变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性48.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路u20时，二极管时，二极管导通。导通。二极管导通二极管导通i0u1u2atbdrlu0忽略二极管正忽略二极管正

2、向压降：向压降： u0=u258.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路u20 0 时时d d1 1,d,d3 3导通导通d d2 2,d,d4 4截止截止电流通路电流通路: :由由+ + 经经d d1 1r rl ld d3 3 - -u u2 20 0 时时d d2 2,d,d4 4导通导通d d1 1,d,d3 3截止截止电流通路电流通路: :由由- - 经经d d2 2r rl ld d4 4 + +输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！u2tt桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形ud4,ud2ud3,ud1tuou2d4d2d1d3rl

3、u0+-112、负载上的直流电压、负载上的直流电压ul和直流电流和直流电流il的计算的计算rlu2ilul1234ab+ + 负载电压负载电压 ul的平均值为的平均值为: 0222lu9 . 0u22tdsinu21ut负载上的负载上的(平均平均)电流电流:l2lr0.9ui t ul123、整流元件的选择、整流元件的选择平均电流平均电流(id)与反向峰值电压与反向峰值电压(urm)是选择二是选择二极管的主要依据。极管的主要依据。l2ldru0.45i21i 2rmu2u 例如，例如， 在桥式整流电路中，每个二极管只有在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电半

4、周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流流 id是负载平均电流的一半。是负载平均电流的一半。二极管截止时两端承受的最大反向电压：二极管截止时两端承受的最大反向电压：13uo+_u+_rld2d4 d1d3当当d2或或d4断开后断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，电路为单相半波整流电路。正半周时，d1和和d3导导通，负载中有电流通通，负载中有电流通过，负载电压过，负载电压uo o= =u；负半周时，；负半周时，d1和和d3截止，负载中无电流通截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，过，负载两端无电压， uo o =0=0。 uo u 2 34tt234oo14 则正半周时，二极管则正半周

5、时，二极管d1、d4或或d2、d3导通，电流导通，电流经经d1、d4或或d2、d3而造成电源短路，电流很大，因而造成电源短路，电流很大，因此变压器及此变压器及d1、d4或或d2、d3将被烧坏。将被烧坏。 则正半周时，情况与则正半周时，情况与d2或或d4接反类似，电源及接反类似，电源及d1或或d3也将因电流过大而烧坏。也将因电流过大而烧坏。uo+_u+_rld2d4 d1 d315例：有一直流负载，要求电压为例：有一直流负载，要求电压为27v,电流为电流为90a。采用单相桥式整流电路，试选用所需。采用单相桥式整流电路，试选用所需的整流元件。的整流元件。解：根据给定条件，整流元件所通过的电流解：根

6、据给定条件，整流元件所通过的电流a459021i21ild整流元件所承受的最大反向电压整流元件所承受的最大反向电压vuuulrm429 . 02729 . 0222因此，选用的整流元件必须是额定电流因此，选用的整流元件必须是额定电流if45a,最高反向工作电压最高反向工作电压urm42v.168.2 滤波电路 整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相距甚远。所以通常在整流电路与所要求的波形相距甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。 8.2.1 电容滤波电容滤波 8.2.2 电感滤波

7、电感滤波178.2.1 电容滤波 利用电容器两端的利用电容器两端的电电压不能突变压不能突变的特点，将的特点，将电容器与负载电阻并联，电容器与负载电阻并联，以达到使输出波形平滑以达到使输出波形平滑的目的。的目的。 从能量的观点看，由于电抗元件有储能的作用，从能量的观点看，由于电抗元件有储能的作用，并联的电容器并联的电容器c在电源电压升高时，把部分能量存在电源电压升高时，把部分能量存储起来；而当电源电压降低时，就把能量释放出来，储起来；而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压平滑。使负载电压平滑。（1）电容滤波电路）电容滤波电路18(2)滤波原理滤波原理负载负载rl未接入：未接入：ui 0

8、，经，经d1、3向向c充电；充电；ui 0，经，经d2、4向向c充电；充电；充电充电=rintc很小，电容很小，电容很快充到很快充到u2最大值。最大值。负载负载rl接入：接入： u2uc，d导通，导通，c经经d充电，因充电，因充电充电较小，故较小，故uc按按指数规律快速上升。指数规律快速上升。 如此周而复始地进行充放电，形成一个近似锯齿波如此周而复始地进行充放电，形成一个近似锯齿波的电压，使负载电压的纹波成分大为减少。的电压，使负载电压的纹波成分大为减少。19结论结论1结论结论2 滤波电路中二极管的导电角滤波电路中二极管的导电角 180 ,导电时间缩短。导电时间缩短。 因此，在短暂的导电时间因

9、此，在短暂的导电时间内流过二极管很大的冲击电流，内流过二极管很大的冲击电流，这对管子是不利的，必须选择这对管子是不利的，必须选择较大容量的二极管。较大容量的二极管。 由于电容的储能作用，使得由于电容的储能作用，使得输出波形比较平滑，脉动成分输出波形比较平滑，脉动成分降低输出电压的平均值增大。降低输出电压的平均值增大。演示演示20 结论结论3 放电放电=rlc越大越大,放电过程越放电过程越慢，输出电压中脉动（纹波）慢，输出电压中脉动（纹波）成分越少，滤波效果越好。成分越少，滤波效果越好。一般取：一般取： 放电放电（35）t/2，t为电源交流电压的周期。为电源交流电压的周期。 当当l很大，即很大，

10、即il很小时，尽管很小时，尽管c较小较小, rlc仍很大仍很大,电容滤波的效果也很好，所以电容滤波适合输出电流电容滤波的效果也很好，所以电容滤波适合输出电流较小的场合较小的场合放电放电增大增大t2点要右移，点要右移， t3点要左点要左移，二极管关断时间加长，导移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线通角减小，见曲线3。21 整流滤波电路中，整流滤波电路中，输出直流电压输出直流电压uo随负载随负载电流电流 io的变化关系曲线的变化关系曲线称外特性。称外特性。2)53(=ldtcr 2o1.2uu 2o2=uu2o0.9=uu（3）外特性）外特性输出直流电压输出直流电压uo随负载电流随负载电流

11、io增加而减小。增加而减小。c值一定，当值一定，当rl= （空载）时，（空载）时，当当c=0 （无电容）（无电容） 时，时，当整流电路内阻不大（几欧）且放电时间常数满足当整流电路内阻不大（几欧）且放电时间常数满足228.2.2 电感滤波（1）滤波原理）滤波原理:对直流分量对直流分量( f=0):xl=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在rl上。对谐波分量上。对谐波分量: f 越高越高,xl越大越大,电压大部分降在电压大部分降在xl上。上。因此因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。u0=0.9u2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：当忽

12、略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：u2u1rllu023（2）电感滤波的特点）电感滤波的特点: 整流管导电角较大整流管导电角较大,峰值电流很小峰值电流很小,输出特性比输出特性比较平坦较平坦,适用于低电压大电流适用于低电压大电流(rl较小较小)的场合。缺的场合。缺点是电感铁芯笨重点是电感铁芯笨重,体积大体积大,易引起电磁干扰。易引起电磁干扰。u2u1rllu024例：例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率率 f=50hz，负载电阻，负载电阻 rl = 200 ，要求直流输出电，要求直流输出电压压uo=30v，选择整流二极管及滤波电容器。，

13、选择整流二极管及滤波电容器。v 352522drm uu a075020030212121lood.ruii urluo+c解：解：25v1.230 21o .uu可选用二极管可选用二极管iom =100ma udrm =50v 25取取 rlc = 5 t/2已知已知rl = 200 s 05. 025015l cr2. 选择滤波电容器选择滤波电容器f250f102502000.05 0506l r.c可选用可选用c=250 f，耐压为，耐压为50v的极性电容器的极性电容器 urluo+c268.3 串联反馈稳压电路ui的变化由的变化由uce调节，因此调节，因此三极管被称为调整管。三极管被称

14、为调整管。 因为因为iz=ir+ib，有，有|iz|=|ib|。只要。只要iz在稳压管在稳压管的正常范围内，的正常范围内，uz就基本保持不变。就基本保持不变。uo=uz ubezbuu 1）当电网电压）当电网电压ui波动时波动时uo基本不变。基本不变。2）当）当rl变化引起输出电流的变化时变化引起输出电流的变化时 由于由于ur = ui uz 不变，故流过不变，故流过r的电流不变。的电流不变。演示演示27 输出电流的变化可扩输出电流的变化可扩大为（大为（1+）iz 。 由于三极管与负载是串由于三极管与负载是串联的关系此电路称为串联型联的关系此电路称为串联型稳压电路。稳压电路。 为了改进稳压性能

15、和使输出电压可随意调节，可为了改进稳压性能和使输出电压可随意调节，可 1）引入深负电压反馈使输出电阻很小，以稳定输）引入深负电压反馈使输出电阻很小，以稳定输出电压；出电压； 2）引入可随意调节放大倍数的放大器以改变输出）引入可随意调节放大倍数的放大器以改变输出电压。电压。 上述电路稳压值是固定的，使用不方便。上述电路稳压值是固定的，使用不方便。需要向稳压性能好和输出电压可随意调节方向改进。需要向稳压性能好和输出电压可随意调节方向改进。 想一想，该怎么做想一想，该怎么做?282、串联反馈式稳压电路1）电路组成和工作原理）电路组成和工作原理组成：组成：采样电路采样电路基准电压和基准电压和放大电路放

16、大电路调整管调整管29稳压过程稳压过程ui 或或io uo uf uid ub ic uce uo 串联反馈式稳压电路的稳压过程，实质上是通过串联反馈式稳压电路的稳压过程，实质上是通过使输出电压保持基本稳定的过程。使输出电压保持基本稳定的过程。302）输出电压的调节范围）输出电压的调节范围 uo的调节通过采样电的调节通过采样电路路r2的滑动端位置来实的滑动端位置来实现。现。oourefub)(uufuau uuurefo1faauu 深度负反馈下，深度负反馈下，urefofuu )1(2321refrrrru 调整管调整管t的调整作用是靠的调整作用是靠uf和和uref的偏的偏差来实现的，该系统

17、为闭环有差调整系统。差来实现的，该系统为闭环有差调整系统。 基准电压直接影响稳压电源的性能。基准电压直接影响稳压电源的性能。31保护方法保护方法反馈保护型反馈保护型温度保护型温度保护型截流型截流型限流型限流型3) 稳压电路的保护环节稳压电路的保护环节 在串联型稳压电路中，调整管与负载串联，故在串联型稳压电路中，调整管与负载串联，故 icil 当输出电流过大或输出短路时，调整管会因为电流当输出电流过大或输出短路时，调整管会因为电流过大而使管耗过大而损坏。因此，有必要对调整管过大而使管耗过大而损坏。因此，有必要对调整管加以保护。加以保护。利用集成电路制利用集成电路制造工艺，在调整造工艺，在调整管旁

18、制作管旁制作pn结温结温度传感器。当温度传感器。当温度超标时，启动度超标时，启动保护电路工作，保护电路工作，工作原理与反馈工作原理与反馈保护型相同。保护型相同。32 电阻电阻r 检测调整管的电流，当电流在额定范围内检测调整管的电流，当电流在额定范围内时时ur不足以使不足以使t2导通；而当电流超过额定值后，导通；而当电流超过额定值后，t2导通，将导通，将t1的基极电流分走一部分，削弱了负反馈作的基极电流分走一部分，削弱了负反馈作用。用。限流型保护电路限流型保护电路调整管调整管 当调整管电流超过一定限度时，对它的基极电流进当调整管电流超过一定限度时，对它的基极电流进行分流，以限制调整管的发射极电流

19、不至于太大。行分流，以限制调整管的发射极电流不至于太大。 从这电路的外特性曲线可知，即使在输出短路的情从这电路的外特性曲线可知，即使在输出短路的情况下电流也不会太大。况下电流也不会太大。33 1）当正常工作时，）当正常工作时，t2处于截止状态，即：处于截止状态，即：若若uiuou+ub1 ic （io ）uo 2）当）当io超过额定值时，保护管超过额定值时，保护管t2导通：导通： 引起引起u+上升，稳压管因端电压下降而截止，切断了负上升，稳压管因端电压下降而截止，切断了负反馈回路反馈回路。 u+上升引起的一系列变化如下：上升引起的一系列变化如下： u+ub1uc1（uo） ub2 ic2u+这样最终导致这样最终导致uo接近于零，实现了截流作用。接近于零，实现了截流作用。截流型保护电路截流型保护电路34单片集成稳压电源，具有体积小单片集成稳压电源，具有体积小, ,可靠性高可靠性高, ,使使用灵活用灵活, ,价格低廉等优点。价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端引出端,故称之为三端固定式集成稳压器。故称之为三端固定式集成稳压器。1. 分类分类两位数字为