华工网络教育-电路与电子技术PPT第8章

1、电力电子技术电力电子技术 第第8 8章章8.1 8.1 半导体直流稳压电源半导体直流稳压电源第第8 8章章 电力电子技术电力电子技术8.1.3 8.1.3 稳压稳压电路电路8.1.1 8.1.1 整流整流电路电路8.1.2 8.1.2 滤波滤波电路电路l掌握直流稳压电源基本组成及各部分的作用。掌握直流稳压电源基本组成及各部分的作用。l掌握两种整流电路：半波和桥式整流电路的电路掌握两种整流电路：半波和桥式整流电路的电路结结 构、工作原理及器件参数的选取。构、工作原理及器件参数的选取。l掌握各种滤波电路的电路结构、工作原理及特点。掌握各种滤波电路的电路结构、工作原理及特点。l掌握稳压管稳压电路的组

2、成和工作原理。掌握稳压管稳压电路的组成和工作原理。l了解串联型稳压电路和集成稳压电路的工作原理。了解串联型稳压电路和集成稳压电路的工作原理。l了解开关型稳压电源。了解开关型稳压电源。l了解晶闸管可控整流和交流调压电路。了解晶闸管可控整流和交流调压电路。学习目标学习目标 电源变压器电源变压器: : 将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。 整流电路整流电路: : 将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。 滤波电路滤波电路: : 将脉动直流电压将脉动直流电压u3转转变为平滑的直流电压变为平滑的直流电压u4。 稳稳压电路压电路: : 在电网

3、电压波动及负载变化时在电网电压波动及负载变化时, ,保持输出电压保持输出电压u0稳定。稳定。8.1 8.1 半导体直流稳压电源半导体直流稳压电源整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路变压器变压器u1u2u3u4uo变压器变压器整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整流电路的任务整流电路的任务是把交流电压转变为单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。，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为分析简单起见，我们把二极管当作理想元

4、件处理，即想元件处理，即加正向电压导通，且正向导加正向电压导通，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）。止，且反向电阻为无穷大（相当于开路）。8.1.1 8.1.1 整流电路整流电路1. 1. 单相半波整流电路单相半波整流电路1 1）电路）电路u1u2TrVDRLu0Tr：整流变压器整流变压器1122UNNU VD：理想二极管理想二极管UD 0，VD导通；导通；UD=0，I取决于外电路；取决于外电路；UD 0，VD截止；截止； I =0，UD （负值）取决于负值）取决于外电路。外电路。RL：负载电阻负载电阻u1，

5、 u2 ：正弦波正弦波u20时，二极管导通，时，二极管导通，2 2）工作原理）工作原理u20，D1，D3通，通， D2，D4止；止；u2 uo，D1、D3通通，C充电充电 C放电放电，指数规律，指数规律，快快！u2 uo，D1、D3仍导通仍导通uo正弦规律正弦规律uo仍为正弦规律仍为正弦规律 t2t1C放电，指数规律放电，指数规律慢慢！ uc u2，D1、D3截止，截止， uo指数规律指数规律有电容时的有电容时的输出波形输出波形 t1 /2u2正弦规律，正弦规律， 慢慢！u1u2u1abD4D2D1D3RLu0Cu2tu0t有电容时的有电容时的输出波形输出波形半波整流电容滤波时半波整流电容滤波

6、时没有电容时没有电容时的输出波形的输出波形u0tu2tu2 uo时充电，在时充电，在u2 uo时放电。时放电。桥式整桥式整流电容滤波时，每个周期充、放电两次；半波整流流电容滤波时，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；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输出电压的平滑程度和平均值与电容的放电时间常数电时间常数RLC有关。有关。 RLC越小，输出电越小，输出电压越低，输出电压中含纹波成分越大。压越低，输出电压中含纹波成分越大。RLC大大RLC小小UOUO若空载（若空载（RL开路），输出波形如何？开路），输出波形如何？3 3）滤波电容的选

7、择与输出电压的估算）滤波电容的选择与输出电压的估算 C容量选择：容量选择：2)53(TCRL T：交流电压：交流电压的周期的周期 C耐压选择：耐压选择：C耐压耐压oU2 输出电压的估算：输出电压的估算：半波整流电容滤波半波整流电容滤波: :桥式整流电容滤波桥式整流电容滤波: :202 . 1 UU 20UU RLC愈大愈大电容器放电愈慢电容器放电愈慢U0( (平均值平均值) )愈大。愈大。4 4） 电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点 电路简单，波形平滑；电路简单，波形平滑； 输出电压平均值提高大；输出电压平均值提高大； 整整流二极管导通时间短，峰值电流大；流二极管导通时间短，峰值电流大；u0

8、t整流电路的整流电路的输出电流输出电流 输出特性（外特性）较差；输出特性（外特性）较差；输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻RL或或C的变化而改变的变化而改变, ,U0也随也随之改变。如之改变。如:RL愈小愈小(I0越大越大), ),U0下降多。下降多。电容滤波电路适用于输出电压较高电容滤波电路适用于输出电压较高, ,负载电负载电流较小且负载变动不大的场合。流较小且负载变动不大的场合。输出特性输出特性( (外特性外特性): ):uO电容电容滤波滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4U20.9U20IO负载开路负载开路时的输出时的输出电压电压2. 2. 电感滤波电路电感滤波电路在桥式整流电路与负载间在桥

9、式整流电路与负载间串入一电感串入一电感L，就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。u2u1RLLu01 1）电路）电路 对直流分量对直流分量( f=0)：XL=0 相当于短路相当于短路, ,电压大部分电压大部分降在降在RL上。对谐波分量：上。对谐波分量： f 越高越高, ,XL越大越大, ,电压大部分电压大部分降在降在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。2 2）滤波原理）滤波原理u2u1RLLu0 整流输出的脉动电压中既含直流分量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）。也含各次谐波分量（不

10、同频率的交流分量）。209 . 0 UU 3 3） 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) )的场合的场合。电感铁芯笨重电感铁芯笨重, ,体积大体积大, ,易引起电磁干扰。易引起电磁干扰。若在电感滤波器后再加一电容滤波，若在电感滤波器后再加一电容滤波，则构成了则构成了LC滤波器，滤波效果更好。滤波器，滤波效果更好。LC滤波器滤波器LC滤波电路滤波电路电路结构电路结构u2u1RLLu0C其滤波原理及应用场其滤波原理及应用场合与电感滤波相

11、似合与电感滤波相似 1） LC 型型滤波器滤波器LC 型型滤波电路滤波电路电路电路同电感滤波电路。同电感滤波电路。3. 3. 型型滤波电路滤波电路滤波原理及应用场合滤波原理及应用场合u2u1RLLu0C2C1为了改善滤波特性，可采取多级滤波的办法为了改善滤波特性，可采取多级滤波的办法, , 如在电容滤如在电容滤波后再接一级（波后再接一级（ LC 或或RC）滤波电路，从而构成（滤波电路，从而构成（ LC 或或RC）- - 型滤波电路。型滤波电路。2） RC- 滤波滤波RC- - u0Ru2u1C1C2RL电路电路滤波原理滤波原理桥式整流电路输出的直流脉动电压经桥式整流电路输出的直流脉动电压经C1

12、滤波后，仍含滤波后，仍含有一定的纹波成分，再经有一定的纹波成分，再经R和和C2使其中的交流分量较多使其中的交流分量较多地降在电阻两端（因为电容地降在电阻两端（因为电容C2的交流阻抗很小），而的交流阻抗很小），而较少地降在负载上，从而有较好的滤波效果。较少地降在负载上，从而有较好的滤波效果。特点特点 电阻上有直流压降损失；电阻上有直流压降损失； 适用于负载电流较小，又要求输出电压适用于负载电流较小，又要求输出电压脉脉 动很小的场合。动很小的场合。 滤波效果好，脉动分量小；滤波效果好，脉动分量小；8.1.3 8.1.3 稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路（小功率）（小功率）稳压管稳稳压管稳压

13、电路压电路集成稳集成稳压电路压电路电路简单，带负载电路简单，带负载能力差，一般只提能力差，一般只提供基准电压。供基准电压。电路简单，带负载电路简单，带负载能力较强，作为电能力较强，作为电源使用。源使用。1. 1. 稳压管稳压电路稳压管稳压电路1 1）电路）电路稳压电路稳压电路 R：调整电阻调整电阻 DZ ：稳压管与负载电阻稳压管与负载电阻RL并联并联ZOUU RIZOUUUU u2u1RLuOCVDZuZuIRuRLDRIIIZ u2t0tuIuOt2 2）工作原理）工作原理UI UO = UZ IZ UR UO = uI - uRUZ当电源电压波动引起输出变当电源电压波动引起输出变化时，调整

14、过程如下：化时，调整过程如下：请自行分析电源请自行分析电源电压下降时的调电压下降时的调整过程。整过程。3 3）稳压管的选择）稳压管的选择OZUU maxminZZZIII OIUU)32( R2. 2. 串联型稳压电路串联型稳压电路集成稳压器的基础集成稳压器的基础1 1）电路结构）电路结构UIUO调整调整取取样样比较放大比较放大基准基准UBUfUZUOUCEUIRLR1R2+RT串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取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。样电路和调整元件四部分组成。 基准电压部分：基准电压部分：稳压管稳压电路；稳压管稳压电路；2 2）工作原理）工作原

15、理ofURRRU212 取样部分：取样部分：R1，R2串联，取串联，取出输出电压的一部分；出输出电压的一部分；ZU比较放大器比较放大器，运放组成差动，运放组成差动放大，放大放大，放大UZ，Uf 的差的差；调整调整部分：部分：T，与负载串联。与负载串联。)(0fZUBUUAU CEIoUUU R1：串联负反馈串联负反馈。ZoURRU)1(21 改变改变UZ或电位器可调整或电位器可调整UO。稳压原理稳压原理U0UfUB=A（UZ - Uf）UCEU0当当UI增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使U0升高时升高时UBUfUZUORLUIR1R2+RTUCE集成稳压电源简介集成稳压电源简介3. 3.

16、 集成稳压电源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；将串联型稳压电路集成在一块半导体基片上； 体积小体积小, ,可靠性高可靠性高, ,使用灵活使用灵活, ,价格低廉；价格低廉； 电路内部附有短路和过热保护环节；电路内部附有短路和过热保护环节； 常用的常用的W7800和和W7900系列系列三端集成稳压三端集成稳压器（只有输入，输出和公共引出端）。器（只有输入，输出和公共引出端）。1 1端端: : 输入端输入端3 3端端: : 公共端公共端2 2端端: : 输出端输出端W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1231 1端端: : 公共端公共端3 3端端: : 输入端输入端2 2端端:

17、 : 输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形123分类分类: :正稳压正稳压W78XX负稳压负稳压W79XX固定式固定式可调式可调式三端集成三端集成稳压器稳压器型号后型号后XXXX两位数字两位数字代表输出电压值代表输出电压值W78系列系列(输出输出正正电压电压) W79系列系列(输出输出负负电压电压)输出电压额定电压值有输出电压额定电压值有:5V、6V、9V、12V 、15V、18V、 24V七个档次七个档次 。有有1.5A、0.5A和和0.1A三个电流档次三个电流档次 。 1 1）输出为固定正电压的电路）输出为固定正电压的电路应用电路应用电路COW7800CIUI+_+_UO12

18、30.11 F1F输入与输输入与输出端之间出端之间的电压不的电压不得低于得低于3V3V UI：整流：整流滤波后的直滤波后的直流电压；流电压； CI：用于抵消输入线较长时的电感效应，以防产生：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。自激振荡，改善纹波特性。( (通常取通常取 0.33 F） CO：为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有：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。较大的波动，改善负载的瞬态效应。 ( (通常取通常取 1 1 F）COW7900CIUI+_+_UO3210.11 F1F 2 2）输出为固定负电压的电路）输出为固定负电压的电路输入与输输入与输出端之间出端之间的电压不的电压不得低于得低于3V3V公共端是正！公共端是正！ 3 3）输出为正、负电压的电路）输出为正、负电压的电路W78XXCIUI+ _UO123+ _CIW79XX12COCO3UOCOW78XXCIUI+_+_UO123UXXUZRDZUXX: 为为W78XX固定输出电压固定输出电压UO=UXX+UZ4 4） 提高输出电压的电路提高输出电压的