电源电路ppt课件

1、第五讲 电源电路1;.2本章主要内容 直流稳压电路 DC/DC变换器 开关型稳压电源 UPS电源3 直流稳压电路直流稳压电路 电子设备一般都需要直流电源供电，获得直流电源的方法很多，如干电池、蓄电电子设备一般都需要直流电源供电，获得直流电源的方法很多，如干电池、蓄电池、直流电机等，但比较经济实用的办法是，把交流电源变换成直流电源。稳压电源池、直流电机等，但比较经济实用的办法是，把交流电源变换成直流电源。稳压电源由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路等四部分组成由电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路等四部分组成 。45.1.1 半波整流电路1.电路组成和工作原理电路组成和工作原理 5.1

2、 5.1 整流电路整流电路20uu 0VDuLVDRuii20正半周时：正半周时：， 00u2uuVD00VDii负半周时：负半周时：，52.电路波形电路波形 5.1 5.1 整流电路整流电路5.1.1 半波整流电路63. 输出平均电压和平均电流输出平均电压和平均电流 4. 二极管参数二极管参数 5.1 5.1 整流电路整流电路5.1.1 半波整流电路20 2 0 2O45. 0)(d)sin(221)(d21UttUtuUL2O45. 0RUI2RM2UUL2OVD45. 0RUII75. 输出电压脉动系数输出电压脉动系数 5.1 5.1 整流电路整流电路5.1.1 半波整流电路tttUuo

3、4cos1522cos32sin21122%157/22/222UUS81.电路组成和工作原理电路组成和工作原理 5.1.2 单相全波整流电路 5.1 5.1 整流电路整流电路2u为正半周时，为正半周时，2u为负半周时，为负半周时，LR导通，导通，2VD1VD截止，截止，2VD到到0点；点；电流经电流经b点点导通，导通，截止，截止，1VDLR到到0点；点；电流经电流经a点点1VD2VD92. 电路波形电路波形 5.1 5.1 整流电路整流电路5.1.2 单相全波整流电路 105.1 5.1 整流电路整流电路5.1.2 单相全波整流电路 3. 输出平均电压和平均电流输出平均电压和平均电流 4.

4、二极管参数二极管参数 20 2 0 2O9 . 0)(d)sin(21)(d1UttUtuUL2O9 . 0RUI2RM22UUL2OVD45. 021RUII115.1 5.1 整流电路整流电路5.1.2 单相全波整流电路 5. 输出电压脉动系数输出电压脉动系数 ttUuo4cos1542cos34222%067/22)3/(2422UUS125.1 5.1 整流电路整流电路5.1.3 单相桥式整流电路 1.电路组成和工作原理电路组成和工作原理 为正半周时，2u点点电流经bVDa3L1VDR止，、通，、4231VDVDVDVD为负半周时，2u点点电流经aVDb4L2VDR通，、止，、4231

5、VDVDVDVD132. 电路波形电路波形 5.1.3 单相桥式整流电路 5.1 5.1 整流电路整流电路145.1.3 单相桥式整流电路 3. 输出平均电压和平均电流输出平均电压和平均电流 4. 二极管参数二极管参数 20 2 0 2O9 . 0)(d)sin(21)(d1UttUtuUL2O9 . 0RUI2RM2UUL2OVD45. 021RUII5.1 5.1 整流电路整流电路155.1.3 单相桥式整流电路 5. 输出电压脉动系数输出电压脉动系数 %67/22)3/(2422UUS5.1 5.1 整流电路整流电路16例例5-1 有一电压为有一电压为110V，电阻为，电阻为55的直流负

6、载，采用单相桥式整流电路供电，试的直流负载，采用单相桥式整流电路供电，试求变压器副绕组电压和电流的有效值，并选择二极管。求变压器副绕组电压和电流的有效值，并选择二极管。5.1 5.1 整流电路整流电路解：解： 确定二极管参数确定二极管参数ARUIL25511000AIIVD1210 确定变压器参数确定变压器参数VUU1229 . 01109 . 002AIRURUILL22. 29 . 029 . 09 . 0002217整流电路可以将交流电转换为脉动的直流电，在电镀和蓄电池充电中可直接使用整流电路可以将交流电转换为脉动的直流电，在电镀和蓄电池充电中可直接使用脉动直流电源，但许多电子设备需要平

7、稳的直流电源，因此在整流电路后还需增加滤脉动直流电源，但许多电子设备需要平稳的直流电源，因此在整流电路后还需增加滤波电路，滤波电路由电抗元件组成。波电路，滤波电路由电抗元件组成。 5.2 5.2 滤波电路滤波电路 从阻抗的角度来看，由于电抗元件对交流信号和直流信号的阻抗不同，与负载并从阻抗的角度来看，由于电抗元件对交流信号和直流信号的阻抗不同，与负载并联的电容对直流信号相当于开路，而对交流信号阻抗很小，所以脉动直流电流中的绝联的电容对直流信号相当于开路，而对交流信号阻抗很小，所以脉动直流电流中的绝大部分交流分量从电容器上经过，而绝大部分直流分量从负载上经过，使负载两端的大部分交流分量从电容器上

8、经过，而绝大部分直流分量从负载上经过，使负载两端的电压比较平滑；与负载串联的电感，对直流信号阻抗小，而对交流信号阻抗大，所以电压比较平滑；与负载串联的电感，对直流信号阻抗小，而对交流信号阻抗大，所以脉动直流电压中的绝大部分交流分量降落在电感器上，而绝大部分直流分量降落在负脉动直流电压中的绝大部分交流分量降落在电感器上，而绝大部分直流分量降落在负载电阻上，从而使负载两端的电压比较平滑载电阻上，从而使负载两端的电压比较平滑 。18从能量角度来看，由于电抗元件有储能作用，与负载并联的电容器，在电从能量角度来看，由于电抗元件有储能作用，与负载并联的电容器，在电源供给的电压升高时，它就把能量储存起来，而

9、当电源电压降低时，就把能量释源供给的电压升高时，它就把能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压较为平滑，即电容具有平波作用；与负载串联的电感，当电放出来，使负载电压较为平滑，即电容具有平波作用；与负载串联的电感，当电源供给的电流增加时，电感就把能量储存起来，而当电流减少时，又把能量释放源供给的电流增加时，电感就把能量储存起来，而当电流减少时，又把能量释放出来，使负载电流较为平滑，即电感具有平波作用。出来，使负载电流较为平滑，即电感具有平波作用。 5.2 5.2 滤波电路滤波电路 195.2.1 电容滤波电路 1. 滤波原理滤波原理 5.2 5.2 滤波电路滤波电路 导通，

10、导通，工作在正半周，工作在正半周，2uCuu 21VD3VD2u当当时，二极管时，二极管对负载供电，另一方面对负载供电，另一方面电容两端电压沿电容两端电压沿AB段曲线上升。段曲线上升。且且、一方面一方面同时对电容器充电，同时对电容器充电，时，时，2uuC1VD3VD当当电容两端电压沿电容两端电压沿BC曲线段下降。曲线段下降。、截止，电容通过负载电阻放电，截止，电容通过负载电阻放电，205.2 5.2 滤波电路滤波电路 5.2.1 电容滤波电路 1. 滤波原理滤波原理 时，二极管时，二极管到到D点后点后2uuC2VD4VD2VD4VD截止，电容沿截止，电容沿DE段曲线放电下降。段曲线放电下降。、

11、电容两端电压沿电容两端电压沿CD曲线上升，曲线上升，导通，再次对电容充电，导通，再次对电容充电，、当电容两端电压下降到当电容两端电压下降到212. 电容滤波的特点电容滤波的特点 5.2 5.2 滤波电路滤波电路 5.2.1 电容滤波电路 加了电容滤波后，输出电压的脉动成分降低了，输出加了电容滤波后，输出电压的脉动成分降低了，输出电压的平均值提高了。电压的平均值提高了。 放电时间常数越大，放电愈慢，放电时间常数越大，放电愈慢，成分也愈少。成分也愈少。则输出电压愈高，脉动则输出电压愈高，脉动流过二极管的瞬时电流很大。流过二极管的瞬时电流很大。 接入电容滤波后，整流二极管导通时间缩短了，造成接入电容

12、滤波后，整流二极管导通时间缩短了，造成223. 电容滤波电路的输出电压电容滤波电路的输出电压 5.2 5.2 滤波电路滤波电路 5.2.1 电容滤波电路 20UU 半波整流电路输出电压半波整流电路输出电压 202 . 1 UU全波整流电路输出电压全波整流电路输出电压234. 电容参数电容参数 5.2 5.2 滤波电路滤波电路 5.2.1 电容滤波电路 222UUCMTCRL)53(半波整流电路半波整流电路， 22UUCM2)53(TCRL，全波整流电路全波整流电路245. 变压器参数变压器参数 5.2 5.2 滤波电路滤波电路 5.2.1 电容滤波电路 02UU半波整流半波整流2 . 102U

13、U 全波整流全波整流02)25 . 1 (II 256. 外特性外特性 5.2 5.2 滤波电路滤波电路 5.2.1 电容滤波电路 Uo 1.4Uo 0.9Uo 0 Io 不大的场合。不大的场合。电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，说明它的带负载能力较差，只适用于负载较轻且变化说明它的带负载能力较差，只适用于负载较轻且变化265.2 5.2 滤波电路滤波电路 5.2.1 电容滤波电路 VU300mAI4000例例5-2某电子设备需要直流电压某电子设备需要直流电压，的直流电源，若采用桥式整流电容滤波电路，试求电源的直流电源，若采用桥式整流电容滤

14、波电路，试求电源变压器副边电压，选择整流二极管及滤波电容器。变压器副边电压，选择整流二极管及滤波电容器。 解：解： 变压器副边电压变压器副边电压VUU252 . 102 选择二极管参数选择二极管参数mAIIVD200210VUUURM352 . 12202275.2.1 电容滤波电路 5.2 5.2 滤波电路滤波电路 FIUTRTRTRTCLLL5334 . 03002. 0222242)53(00VUVUCM352 . 12202 选择电容器参数选择电容器参数285.2.2 其它滤波电路 1. 电感滤波电感滤波 (1) 电路组成电路组成 5.2 5.2 滤波电路滤波电路 29(2) 工作原理

15、工作原理5.2 5.2 滤波电路滤波电路 5.2.2 其它滤波电路 1. 电感滤波电感滤波 由于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变化，由于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变化，因而能起到平波作用。当电流增加时，反电势会抑制电流的增加，同时将一部分能量因而能起到平波作用。当电流增加时，反电势会抑制电流的增加，同时将一部分能量储存起来；反之，当电流减小时，反电势会抑制电流减小，同时释放一部分能量，所储存起来；反之，当电流减小时，反电势会抑制电流减小，同时释放一部分能量，所以电感滤波能有效减小输出电压的脉动程度。以电感滤波能有效减小输出电压的脉

16、动程度。30(3) 负载电压负载电压 5.2 5.2 滤波电路滤波电路 5.2.2 其它滤波电路 1. 电感滤波电感滤波 (2) 工作原理工作原理 线圈的电流发生变化时，要产生自感电动势阻碍电流变化，因而能起到平波作用。线圈的电流发生变化时，要产生自感电动势阻碍电流变化，因而能起到平波作用。当电流增加时，反电势会抑制电流的增加，同时将一部分能量储存起来；反之，当电当电流增加时，反电势会抑制电流的增加，同时将一部分能量储存起来；反之，当电流减小时，反电势会抑制电流减小，同时释放一部分能量。流减小时，反电势会抑制电流减小，同时释放一部分能量。209 . 0 UU 312. 复合滤波电路复合滤波电路

17、 5.2 5.2 滤波电路滤波电路 5.2.2 其它滤波电路 LC滤波电路和电感滤波电路和电感型滤波电路适用于负载电流型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小的场合。较大，要求输出电压脉动较小的场合。325.3.1 稳压管 1. 稳压管及其稳压作用稳压管及其稳压作用 5.3 5.3 稳压电路稳压电路 特性来进行稳压。特性来进行稳压。 使用时，稳压管工作在反向使用时，稳压管工作在反向击穿区，利用电流在很大范围内击穿区，利用电流在很大范围内变化而电压基本保持不变的这个变化而电压基本保持不变的这个332. 稳压管的主要参数稳压管的主要参数 5.3 5.3 稳压电路稳压电路 5.3.1 稳压

18、管 ZrZZZIUr：在稳压范围内：在稳压范围内(4) 动态电阻动态电阻MZI：稳压管的最大工作电流。：稳压管的最大工作电流。(3) 最大稳定电流最大稳定电流ZI：维持稳定电压的工作电流。：维持稳定电压的工作电流。(2) 稳定电流稳定电流ZU：即稳压管的反向击穿电压。：即稳压管的反向击穿电压。(1) 稳定电压稳定电压345.3.2 并联型稳压电路 1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理 5.3 5.3 稳压电路稳压电路 (1) 电网电压变化时的稳压过程电网电压变化时的稳压过程 ORRZZOIUUIIUUU(2) 负载变化时稳压过程负载变化时稳压过程 00UUIURRZL355.3.2 并联

19、型稳压电路2. 元件参数的确定元件参数的确定 (1) 限流电阻参数的确定限流电阻参数的确定5.3 5.3 稳压电路稳压电路 maxminZZZIIIminmaxmaxminLizLiIRUzUIIRUzUminmaxmaxminLziLziIIUzURIIUzU36(2) 稳压管参数的确定稳压管参数的确定5.3.2 并联型稳压电路2. 元件参数的确定元件参数的确定 5.3 5.3 稳压电路稳压电路 0)32(UUi0UUzmaxmax) 35 . 1 (LZII375.3 5.3 稳压电路稳压电路 5.3.2 并联型稳压电路 的变化范围为的变化范围为LIVUZ5mAIZ5minmAIZ100m

20、axIUV108mA300例例5-3已知已知，电压电压，输入，输入在在范围变化，范围变化，试确定限流电阻试确定限流电阻R的参数。的参数。385.3 5.3 稳压电路稳压电路 5.3.2 并联型稳压电路解：解： maxzminLmaxZImin8630558RIIUURminLminzmaxZImax500100510RIIUUR8650R395.3.3 串联型稳压电路 1. 串联调节原理串联调节原理 5.3 5.3 稳压电路稳压电路 元件作用元件作用输出电压输出电压VO是靠调节调整管的管压降实现稳压。是靠调节调整管的管压降实现稳压。调整管调整管 足够大，工作在放大区。足够大，工作在放大区。 电

21、路图电路图 工作原理工作原理402. 带放大环节的串联型稳压电路带放大环节的串联型稳压电路 （1）电路组成及各部分的作用）电路组成及各部分的作用5.3 5.3 稳压电路稳压电路 5.3.3 串联型稳压电路 取样环节取样环节 基准电压基准电压 比较放大环节比较放大环节 调整环节调整环节 41（2）电路工作原理）电路工作原理5.3 5.3 稳压电路稳压电路 5.3.3 串联型稳压电路 425.3 5.3 稳压电路稳压电路 （3）输出电压的调整范围）输出电压的调整范围 5.3.3 串联型稳压电路 2. 带放大环节的串联型稳压电路带放大环节的串联型稳压电路 )U(URRRRRUZBEp23210min

22、)U(URRRRUZBE23210max43（1）电路组成）电路组成 5.3 5.3 稳压电路稳压电路 5.3.3 串联型稳压电路 3. 由运放组成的串联反馈稳压电路由运放组成的串联反馈稳压电路 44（3）稳压范围）稳压范围5.3 5.3 稳压电路稳压电路 （2）稳压过程）稳压过程 5.3.3 串联型稳压电路 3. 由运放组成的串联反馈稳压电路由运放组成的串联反馈稳压电路 OBPNOUUUUU)(不变0212URRRUUFZZURRU)1 (210返回455.4 DC/DC5.4 DC/DC变换器变换器 DC/DC变换器即直流/直流变换器。电源变换器类型：AC/AC; DC/AC; DC/DC

23、; AC/DC。DC/DC变换器用途： 便于电源的标准化，是简化电源设备的有效措施。便于多 电源系统的构建 。 实现浮地供电。 是开关稳压电源的核心组成部分。465.4 DC/DC5.4 DC/DC变换器变换器 DC/DC类型：降压型（BUCK变换器）升压型（BOOST变换器极性反转型（BUCKBOOST）变换器DC/DC变换器应用电路return475.4.1 降压型DC/DC变换器（BUCK变换器）1、电路结构图5.4.1为降压型DC/DC变换器的简化原理电路481、电路组成5.4.1 降压型DC/DC变换器（BUCK变换器）两部分（1）功率开关VT组成逆变器，其通断由脉冲 信号vB控制，

24、将直流电压Vi变成脉冲信号。（2）由L，C组成的低通滤波器。VD为续流 二极管。2、工作原理参看书P392页当vB为高电平时（ton时段），VT导通并饱和，vL左正右负，VD截止，输入能量通过L向负载RL输送能量并对C充电使VO升高，L中的电流iL线性增加，在L中储存能量。 在vB为低电平时（toff时段），VT截止，L中产生感应电动势，极性左负右正，VD导通，L中存储的能量通过二极管VD输送给负载RL，iL线性减小。 开关管VT输出的脉冲电压经过L，C滤波后，得到波纹很小的直流电压VO.由于VOVi,故此DC/DC为降压型。493、电路中各点波形按电感电流iL是否连续，变换器可以分为连续工作

25、方式和不连续工作方式5.4.1 降压型DC/DC变换器（BUCK变换器）iL在vB为高电平开始时，不从零开始为连续工作方式。从零开始称为不连续工作方式（断续工作方式）。两种工作方式下各点波形如图5.4.2和图5.4.3所示50图5.4.2 电路连续工作方式下的波形图5.4.3 电路不连续工作方式下波形5.4.1 降压型DC/DC变换器（BUCK变换器）515.4.1 降压型DC/DC变换器（BUCK变换器）不连续工作方式（断续工作方式）下（图5.4.3），变换器在vB的一个周期内有3种工作状态：（1）在ton时段内，VT导通，VD截止，iL线性增加。 （2）在toff时段，从t1t2,iL线性

26、减小到0，VT截止，VD导通，起续流作用.（3）在toff时段，从t2 t2,VT继续截止，iL继续保持着零电流。其原因是iL=0时，vL=0,VVD-VO，二极管VD反偏截止，所以iL继续保持着零电流。525.4.1 降压型DC/DC变换器（BUCK变换器）实际电路中，L取得较大，则可以保证变换器满负载工作，或者选择vB的频率较高，使变换器总工作在连续工作方式下。4、连续工作下的电压增益AV已知开关VT周期为T，ton为导通时间，toff为截止时间backTtDon1为导通时间占空比。TtDoff2为截止时间占空比。显然：121 DD（1) 当开关管VT导通时，由楞次定律得OiLVVdtdi

27、L53即有：dtVVLdiOiL)(则iL线性增加，增量为：dtLVVitoiL101dtLVVdioiLTDLVVtLVVdtLVVioionoitoiL1011即有：(2) 当开关VT截止时，iL线性减小，其减量为：TDLVtLVdtLViooffottoL2221又在稳态时，iL变化量相等，即21lLii54即有：TDLVTDLVVooi21整理后得：1DVVAiOV因D11,所以输出电压总是比输入电压低，故此种DC/DC为降压型。其中，输出电压VO随占空比D1的变化而变化。降压型DC/DC的优点是电路简单，输出电压、电流波纹小，缺点是只能实现降压，不能升压。555.4.2 升压型DC/

28、DC（BOOST)变换器1、电路结构图5.4.4 为升压型变换器简化原理图5.4.4 升压型DC/DC变换器561、电路结构开关管与负载并联，故又称并联开关型稳压电路。L为带铁心电感线圈。VT为功率开关三极管，其通断受输入脉冲电压vB控制。VD为续流二极管。C为滤波电容。RL为负载。5.4.2 升压型DC/DC（BOOST)变换器575.4.2 升压型DC/DC（BOOST)变换器2、工作原理假设当t=0时，C上存留电压为：VCO=VO.则当vB为高电平（即在ton时段）时，VT导通，Vi通过VT给L储能。其间，L上感应电压vL左正右负，VD截止，此时，VO=VO=VCO，（其间，滤波电容会对

29、负载RL放电，使VO稍有下降。）. 当vB为低电平（即在toff时段）时，VT截止，L两端感应的电压vL左负右正.VD正向导通。此时，（vL+Vi）向C充电（最高电压可充至VO=vL+Vi). (vB的下一高电平时，C上留存电压即为VCO=VO=vL+Vi（略有下降）。因VO=vL+Vi大于Vi，所以为升压型。585.4.2 升压型DC/DC（BOOST)变换器3、电路中各点波形分为两种工作方式：连续工作方式和不连续工作方式（1）连续工作方式下波形图5.4.5 电路连续工作方式下波形59（2）不连续工作方式3、电路中各点波形5.4.2 升压型DC/DC（BOOST)变换器图5.4.6 电路不连

30、续工作方式下波形（直接分析图）604、连续工作下的电压增益AV开关周期为T，ton为导通时间，toff为截止时间返回5.4.2 升压型DC/DC（BOOST)变换器TtDon1为导通时间占空比。TtDoff2为截止时间占空比。显然：121 DD在连续工作方式下：（1) 在ton时段，当开关管VT导通时，由楞次定律得电感中：iLVdtdiL161dtVLdiiL15.4.2 升压型DC/DC（BOOST)变换器4、连续工作下的电压增益AV即有：两边积分得：onittiLtVdtViLon01即有：TDLVtLViioniL11（2) 在toff时段，当开关管VT截止，iL线性减小，其减量为：TDLVVtLVViiOoffiOL22在稳态情况下，以上两电流变化量绝对值相等，即有|21LLii62