功率电子电路

1、电工电子学电工电子学下页下页上页上页18.1 8.1 低频功率放大电路低频功率放大电路8.2 8.2 直流稳压电源直流稳压电源8.3 8.3 功率半导体器件和变流电路功率半导体器件和变流电路主要内容主要内容电工电子学电工电子学下页下页上页上页2主要内容主要内容8.1.18.1.1 概述概述8.1.28.1.2 基本功率放大电路基本功率放大电路8.1.3 8.1.3 集成功率放大器举例集成功率放大器举例电工电子学电工电子学下页下页上页上页31. 1. 功率电子电路：功率电子电路：根据功能分为两类：根据功能分为两类：（1 1）功率放大：功率放大：即将输入信号放大，使负载获得所需要的信号功率。即将输

2、入信号放大，使负载获得所需要的信号功率。（2 2）能量变换：能量变换：进行交、直流电能的变换，向负载提供直流功率或交流进行交、直流电能的变换，向负载提供直流功率或交流功率。有功率。有整流电路整流电路、逆变电路。逆变电路。8.1.1 概述概述2. 2. 功率电子电路的类型功率电子电路的类型: :3. 3. 功率放大电路功率放大电路: : 放大电路的输出不仅要有足够大的电压，还要输出足够大的电流，放大电路的输出不仅要有足够大的电压，还要输出足够大的电流，能推动负载正常运行，这样的电路称为能推动负载正常运行，这样的电路称为功率放大电路功率放大电路。 向负载向负载提供功率为主要目的提供功率为主要目的的

3、电子电路。它不仅要输出足的电子电路。它不仅要输出足够大的电压，也要输出足够大的电流。够大的电压，也要输出足够大的电流。 该电路中一定含有大功率电子器件该电路中一定含有大功率电子器件。电工电子学电工电子学下页下页上页上页45. 5. 功率放大电路的效率：功率放大电路的效率：8.1.1 概述概述提高功率放大电路效率的方法是，提高功率放大电路效率的方法是，减小功率管的集电极功耗减小功率管的集电极功耗。效率效率指输出的指输出的信号功率信号功率P PO O与电源输出（消耗）功率与电源输出（消耗）功率P PS S的百分比，即的百分比，即100%OSPP4. 4. 功率放大电路的要求功率放大电路的要求: :

4、（1 1）输出功率尽可能大，使负载能获得所需的功率。）输出功率尽可能大，使负载能获得所需的功率。输出电流和电压较大，功率管工作在输出电流和电压较大，功率管工作在接近于极限状态接近于极限状态。（2 2）非线性失真尽可能小。）非线性失真尽可能小。（3 3）效率要高。）效率要高。功率放大电路是个能量转换电路，功率放大电路是个能量转换电路，转换效率转换效率是一个重要的问题。是一个重要的问题。功率管的集电极功耗为：功率管的集电极功耗为：01TCCE CPui dtT电工电子学电工电子学下页下页上页上页58.1.1 概述概述6. 6. 功率放大电路的静态工作点：功率放大电路的静态工作点：（1 1）甲类工作

5、状态）甲类工作状态特点是：特点是：静态集电极电流大，波形好，无失真，静态集电极电流大，波形好，无失真，但管耗大，效率低。但管耗大，效率低。（2 2）乙类工作状态）乙类工作状态特点是：特点是：静态集电极电流为零，管耗小，效率高，静态集电极电流为零，管耗小，效率高，但波形严重失真，晶体管只在半个周期内导通；但波形严重失真，晶体管只在半个周期内导通；所以采用所以采用对称互补电路对称互补电路实现功率放大。实现功率放大。 由于晶体管有死区电压，所以在输出波形过由于晶体管有死区电压，所以在输出波形过零点附近会出现失真，称为零点附近会出现失真，称为交越失真交越失真。（3 3）甲乙类工作状态）甲乙类工作状态特

6、点是：特点是：静态集电极电流很小，波形好，无失静态集电极电流很小，波形好，无失真，管耗小，效率高。真，管耗小，效率高。I IC CU UCECEi iC Ct tQ Qi iC Ci iC Ct tt tQ QQ QI IC CI IC CU UCECEU UCECE甲乙类工作状态甲乙类工作状态乙类工作状态乙类工作状态甲类工作状态甲类工作状态0 00 00 00 00 00 0 功率放大电路工作在大信号状态，所以常用功率放大电路工作在大信号状态，所以常用估算法估算法或或图解法图解法。电工电子学电工电子学下页下页上页上页68.1.2 基本功率放大电路基本功率放大电路功率放大电路的形式有：功率放大

7、电路的形式有：（1 1）变压器耦合方式）变压器耦合方式无变压器输出电路无变压器输出电路(OTL)(OTL)：用用单电源单电源, ,通过容量较大的电容与负载通过容量较大的电容与负载耦合耦合, ,实现功率放大实现功率放大, ,称为称为无输出变压器无输出变压器（Output TransformerlessOutput Transformerless）电路。）电路。无输出电容电路无输出电容电路(OCL)(OCL)：使用使用双电源双电源, ,使互补对称电路直接与负载使互补对称电路直接与负载相连相连, ,省去输出电容省去输出电容, ,构成无输出电容（构成无输出电容（Output Capacitorless

8、Output Capacitorless）电路。）电路。+U+UCCCCR RL LT T1 1u ui iT T2 2+ +- -T Tr1r1T Tr2r2R RL Lu ui i+U+UCCCCR RB BC CT TT Tr r特点是：特点是：优点是利用变压器的变阻作用，优点是利用变压器的变阻作用，实现实现阻抗匹配阻抗匹配，负载能获得最大功率；，负载能获得最大功率；但变压器体积大，重量重，易引入电磁干但变压器体积大，重量重，易引入电磁干扰，频带窄，电路不能集成化。扰，频带窄，电路不能集成化。（2 2）互补对称电路）互补对称电路电工电子学电工电子学下页下页上页上页78.1.2 基本功率放

9、大电路基本功率放大电路1. OCL1. OCL电路：电路：R R2 2u ui i+ +U+UCCCCR RL LT T1 1- -b ba au uo o-U-UCCCCR R1 1T T2 2u uo ou ui i（1 1）OCLOCL电路原理图电路原理图（2 2）工作原理）工作原理: :在在u ui i的的正半周正半周，+U+UCCCC使使T T1 1导通，导通，T T2 2截止截止, ,负载得到负载得到正半周输出正半周输出。i iC1C1i iC2C2 t t t tT T1 1、T T2 2特性完全相同特性完全相同, ,常采用常采用对管对管；T T1 1为为NPNNPN管，管，T

10、T2 2为为PNPPNP管；管；使用正负两个电源使用正负两个电源+U+UCCCC、-U-UCCCC。（3 3）特点）特点: :（理想情况）（理想情况）最大输出功率最大输出功率：最高效率最高效率：交越失真交越失真max100%78.5%42max12CCLUPROCLOCL电路线路简单，效率高；但有交越失真，电路线路简单，效率高；但有交越失真，T T1 1、T T2 2必须对称必须对称。在在u ui i的的负半周负半周，-U-UCCCC使使T T2 2导通，导通，T T1 1截止截止, ,负载得到负载得到负半周输出负半周输出。i iB2B2i iB1B1R R1 1=R=R2 2电工电子学电工电

11、子学下页下页上页上页88.1.2 基本功率放大电路基本功率放大电路（4 4）实用的）实用的OCLOCL电路电路lD D1 1、D D2 2为为T T1 1、T T2 2的发射结提供偏置电压，用来的发射结提供偏置电压，用来消除交越失真消除交越失真。引入负反馈使放大电路工作比较稳定，具有较好的放大性能。引入负反馈使放大电路工作比较稳定，具有较好的放大性能。R RB2B2u ui i+ +U+UCCCCD D1 1D D2 2R RL LT T1 1- -u uo o-U-UCCCCR RB1B1T T2 2A A0 0+ +- -+ +R RE1E1R RE2E2R R1 1R R2 2R R3

12、3E ElR RE1E1、R RE2E2起起电流串联负反馈电流串联负反馈作用；作用；R R1 1、R R2 2起起电压串联负反馈电压串联负反馈作用。作用。lR RB1B1、R RB2B2使使T T1 1、T T2 2的的偏置电阻偏置电阻。 集成运放构成同相输入集成运放构成同相输入前前置放大电路置放大电路，放大倍数为：，放大倍数为：T T1 1、T T2 2构成构成互补对称功放互补对称功放。211fRARR RB1B1=R=RB2B2R RE1E1=R=RE2E2u uo1o11ofiuA u电工电子学电工电子学下页下页上页上页98.1.2 基本功率放大电路基本功率放大电路2. OTL2. OT

13、L电路：电路：R Ru ui i+ +U+UCCCCR RL LT T1 1- -u uo oR RT T2 2（1 1）OTLOTL电路原理图电路原理图（2 2）工作原理）工作原理: : 在在u ui i的正半周，的正半周，T T1 1导通，负载得到正半周输出，同时导通，负载得到正半周输出，同时, ,电容电容C C充电，充电，电压电压U UC C充电到充电到U UCCCC/2/2。该电压该电压U UC C是信号负半周时是信号负半周时T T2 2的电源的电源。i iC1C1i iC2C2 电路使用电路使用单电源单电源+U+UCCCC，两个电阻，两个电阻R R分压，使分压，使静态时静态时T T1

14、 1、T T2 2的基极电位的基极电位（3 3）特点）特点: :（理想情况）（理想情况）最大输出功率：最大输出功率：最高效率：最高效率：max100%78.5%42max18CCLUPROTLOTL使用单电源，效率高；但有交越失真，电容使用单电源，效率高；但有交越失真，电容C C要足够大。要足够大。C C+ +C C1 1+ +- - T T1 1、T T2 2的发射极通过的发射极通过大容量电容大容量电容C C和负载和负载R RL L相连，发射极电位相连，发射极电位在在u ui i的负半周，电容上电压的负半周，电容上电压U UC CU UCCCC/2/2使使T T2 2导通，负载得到负半周输出

15、。导通，负载得到负半周输出。U UB BU UE E2CCBUU2CCEUU电工电子学电工电子学下页下页上页上页108.1.2 基本功率放大电路基本功率放大电路（4 4）实用的）实用的OTLOTL电路电路lD D1 1、D D2 2为为T T1 1、T T2 2的发射结提供偏置电压，用来的发射结提供偏置电压，用来消除交越失真消除交越失真。引入负反馈使放大电路工作比较稳定，具有较好的放大性能。引入负反馈使放大电路工作比较稳定，具有较好的放大性能。R RB2B2u ui i+ +U+UCCCCD D1 1D D2 2R RL LT T1 1+ +u uo oR RB1B1T T2 2A A0 0+

16、 +- -+ +R RE1E1R RE2E2R RR R3 3C C2 2E ElR RE1E1、R RE2E2起起电流串联负反馈电流串联负反馈作用；作用；R R1 1、R R2 2起起电压串联负反馈电压串联负反馈作用。作用。lR RB1B1、R RB2B2使使T T1 1、T T2 2的的偏置电阻偏置电阻。l两个两个R R分压使分压使集成运放集成运放输输入端静态电位为入端静态电位为U UCCCC/2/2。lC C1 1、C C2 2为为隔直电容隔直电容。R R1 1R R2 2R RC C1 1C Cl大容量电容大容量电容C C为为耦合电容耦合电容。lR R3 3为用于为用于增加输入电阻增加

17、输入电阻。电工电子学电工电子学下页下页上页上页118.1.3 集成功率放大器举例集成功率放大器举例TDA2030TDA2030集成音频功率放大器集成音频功率放大器（OCLOCL电路）电路）1 12 23 34 45 5启动启动偏置偏置电路电路同相输入同相输入反相输入反相输入负电源负电源输出输出正电源正电源输入级输入级中间级中间级输出级输出级短路短路过热过热保护保护短路短路过热过热保护保护5 5脚塑封结构脚塑封结构特点：特点：+ +- -1 12 23 34 45 5转换效率高、失真小、输出功率大外围电路简单，被广泛使用。转换效率高、失真小、输出功率大外围电路简单，被广泛使用。 电源为电源为6

18、61818，静态电流，静态电流45mA45mA。当。当U UCCCC= =14V14V时，负载时，负载R RL L=4=4时，输出时，输出功率功率P PO O达达18W18W，电压增益为，电压增益为30dB30dB（31.631.6倍），频带宽倍），频带宽10H10HZ Z14KH14KHZ Z电工电子学电工电子学下页下页上页上页128.1.3 集成功率放大器举例集成功率放大器举例典型应用一：典型应用一：TDA2030TDA2030集成音频功率放大器接成集成音频功率放大器接成OCLOCLR R2 2、C C2 2、R R3 3构成构成电压串联负反馈电压串联负反馈，改变，改变R R2 2或或R

19、R3 3可可改变电压增益改变电压增益。1 12 23 34 45 5TDA2030TDA2030u ui iR R1 1R R2 2R R3 3R R4 4C C1 1C C2 2C C3 3C C4 4C C5 5D D1 1D D2 2D D3 3D D4 4+U+UCCCC-U-UCCCCR RL LD D1 1、D D2 2用作输出保护；用作输出保护；R R4 4、C C5 5用以补偿高频时喇叭的电感，使其在高频时有较好的特性。用以补偿高频时喇叭的电感，使其在高频时有较好的特性。C C3 3、C C4 4作电源滤波；作电源滤波；D D3 3、D D4 4防止电源反接。防止电源反接。1

20、1F F0.10.1F F2222F F0.10.1F F0.220.22F F68068022k22k22k22k1 1+ +- -电工电子学电工电子学下页下页上页上页138.1.3 集成功率放大器举例集成功率放大器举例典型应用二：典型应用二：TDA2030TDA2030集成音频功率放大器接成集成音频功率放大器接成OTLOTLR R1 1、R R2 2分压使分压使1 1脚电压为脚电压为U UCCCC/2/2，R R3 3用于提高输入电阻。用于提高输入电阻。1 12 23 34 45 5TDA2030TDA2030u ui iR R2 2R R5 5R R6 6R R4 4C C1 1C C2

21、 2C C3 3C C5 5D D1 1D D2 2D D3 3+U+UCCCCR RL L大容量电容大容量电容C C为耦合电容。为耦合电容。C C20002000F FR R1 1R R3 3C C4 4100k100k100k100k100k100k150k150k1 14.7k4.7k0.10.1F F0.220.22F F2 2F F5 5F F2222F FD D1 1、D D2 2用作输出保护；用作输出保护；C C3 3作电源滤波；作电源滤波；D D3 3防止电源反接。防止电源反接。+ +- -电工电子学电工电子学下页下页上页上页14主要内容主要内容8.2.18.2.1 单相桥式整

22、流电路单相桥式整流电路8.2.28.2.2 滤波电路滤波电路8.2.3 8.2.3 串联型稳压电路串联型稳压电路8.2.4 8.2.4 开关型稳压电路开关型稳压电路电工电子学电工电子学下页下页上页上页15基本概念基本概念l整流滤波电路的需要整流滤波电路的需要 很多场合需要很多场合需要直流电源直流电源，而一般供电是，而一般供电是50H50HZ Z的交流，所以要将的交流，所以要将交流变成直流，即交流变成直流，即直流稳压电源直流稳压电源。整流电路整流电路将交流变成脉动的直流将交流变成脉动的直流l直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成整流整流电路电路滤波滤波电路电路稳压稳压电路电路220V220V50H

23、50HZ Z变压器变压器滤波电路滤波电路将脉动直流变成比较平稳的直流将脉动直流变成比较平稳的直流稳压电路稳压电路将比较平稳的直流变成稳定的直流将比较平稳的直流变成稳定的直流R RL Lu u1 1u u2 2电工电子学电工电子学下页下页上页上页161. 1.电路结构电路结构R RL LD DT Tr ra ab bu u2 2u uD Du uL L220V220V2. 2.工作原理及各点波形工作原理及各点波形由变压器由变压器T Tr r、二极管二极管D D、负载负载R RL L组成。组成。设变压器设变压器副边电压副边电压为：为：22u2sinUtl在在u u2 2的正半周，的正半周，D D承

24、受正向电压而承受正向电压而导通导通，电流从电流从a a点流出。经点流出。经D D、R RL L流入流入b b点，负载点，负载R RL L上上电压等于电压等于u uL L 。l在在u u2 2的负半周，的负半周，D D承受反向电压而承受反向电压而截止截止，负载负载R RL L上电压等于零。上电压等于零。u uL Lu u2 2u uD Di iL Li iD D t t t t t t t ti iL Li iD D- -+ +- -+ + +- -单相半波整流电路单相半波整流电路电工电子学电工电子学下页下页上页上页173. 3.单向半波整流电路的特性单向半波整流电路的特性输出电压平均值输出电压

25、平均值L222012U =2sin0.452UtdtUUu uL Lu u2 2u uD Di iL Li iD D t t t t t t t t二极管平均电流、负载平均电流二极管平均电流、负载平均电流2I0.45DLLUIR二极管承受的最大反向电压二极管承受的最大反向电压22RMUU单相半波整流电路单相半波整流电路R RL LD DT Tr ra ab bu u2 2u uD Du uL L220V220Vi iL Li iD D- -+ +- -+ + +- -电工电子学电工电子学下页下页上页上页18u uL Lu u2 2u uD Di iL Li iD D t t t t t t t

26、 t4. 4.二极管的选用二极管的选用l二极管的最大整流电流二极管的最大整流电流I IOMOM，要大于负要大于负载电流平均值载电流平均值I IL L。l二极管的反向工作电压二极管的反向工作电压U URMRM，要大于变要大于变压器副边电压的幅值压器副边电压的幅值U UM M。实际选用时要。实际选用时要有有10%10%的余量的余量。5. 5.电路特点电路特点电路简单，整流元件少；电路简单，整流元件少；输出电压低，脉动大，效率低。输出电压低，脉动大，效率低。 单相半波整流电路单相半波整流电路R RL LD DT Tr ra ab bu u2 2u uD Du uL L220V220Vi iL Li

27、iD D- -+ +- -+ + +- -电工电子学电工电子学下页下页上页上页19单相半波整流电路应用举例单相半波整流电路应用举例例例 图示整流电路中。图示整流电路中。R RL L=200=200 ，U U2 2=20V=20V，试求：试求：(1)(1)负载上电压和电流平均值；负载上电压和电流平均值；(2)(2)二极管承受的最大反向电压和通过的二极管承受的最大反向电压和通过的平均电流。平均电流。 (1)(1)负载电压平均值负载电压平均值RM2U= 22 2028.2UV(2)(2)二极管承受的最大反向电压二极管承受的最大反向电压2200.450.450.045A45mA200LLUIR解：解：

28、L2U=0.45U =0.4520=9V负载电流平均值负载电流平均值二极管流过的平均电流二极管流过的平均电流45DLIImAR RL LD DT Tr ra ab bu u2 2u uD Du uL L220V220Vi iL Li iD D- -+ +- -+ + +- -电工电子学电工电子学下页下页上页上页20R RL LD D1 1T Tr ra ab bu u2 2u uL L简化画法简化画法1.1.电路结构电路结构D D2 2D D3 3D D4 4R RL LT Tr ra ab bu u2 2u uL L2. 2.工作原理工作原理l在在u u2 2的正半周：的正半周：D D1 1

29、、 D D3 3 、导通，、导通， D D2 2、 D D4 4截止；负载截止；负载R RL L上电上电压等于压等于u u2 2的正半周；的正半周； D D2 2、 D D4 4承受反向电压为承受反向电压为u u2 2 。l在在u u2 2的负半周：的负半周：D D2 2、 D D4 4导通，导通， D D1 1、 D D3 3 截止；负载截止；负载R RL L上电压上电压等于等于u u2 2的负半周；的负半周； D D1 1、 D D3 3承受反向电压为承受反向电压为u u2 2 。在正、负半周，负载中电流方向相同在正、负半周，负载中电流方向相同8.2.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路u

30、 u1 1u u1 1+ + + + +- - - - -+ + +- - -i iL Li iL L电工电子学电工电子学下页下页上页上页21R RL LD D1 1T Tr ra ab bu u2 2u uL LD D2 2D D3 3D D4 43. 3.各点波形各点波形i iD Du u2 2u uD Di iL Lu uL L t t t t t t t ti iD1D1i iD3D3i iD2D2i iD4D4u uD4D4u uD1D1u uD3D3u uD2D2i iD1D1i iD3D3i iD2D2i iD4D4i iL L t t二极管反向电压二极管反向电压u uD D波形

31、如图波形如图+ + + +- - - -u u1 1变压器次级电压变压器次级电压u u2 2；二极管电流二极管电流i iD D；负载电流负载电流i iL L；负载电压负载电压u uL L； 2 2 3 3 l变压器次级电流变压器次级电流i i2 2波形如图波形如图i i2 2i i2 28.2.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路电工电子学电工电子学下页下页上页上页224. 4.特性特性输出电压平均值输出电压平均值（直流分量）（直流分量）L2220122U =2sin()0.9UtdtUU负载电流平均电流负载电流平均电流L2U0.9LLLUIRR每只二极管平均电流每只二极管平均电流22DRMU

32、U2DL1I0.452LUIR二极管承受的最大反向电压二极管承受的最大反向电压i iD Du u2 2u uD Di iL Lu uL L t t t t t t t ti iD1D1i iD3D3i iD2D2i iD4D4u uD4D4u uD1D1u uD3D3u uD2D2 t t 2 2 3 3 i i2 2变压器次级电流变压器次级电流( (是是正弦波正弦波, ,有效值有效值) )为为221.111.11LLLLUUIIRR8.2.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路电工电子学电工电子学下页下页上页上页235.5.二极管的选用二极管的选用l二极管的反向工作电压二极管的反向工作电压U

33、URMRM，要大于要大于变压器副边电压的幅值变压器副边电压的幅值U UM M，实际选用实际选用时要有时要有10%10%的余量的余量。6.6.电路特点电路特点输出电压高，脉动小，变压器利用率高。输出电压高，脉动小，变压器利用率高。8.2.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路R RL LD D1 1T Tr ra ab bu u2 2220V220VD D2 2D D3 3D D4 4u uL L+ + + +- - - -i i2 2I IL Lu u2 2u uL L t t t t 2 2 3 3 i i2 2l二极管的最大整流电流二极管的最大整流电流I IOMOM，要大于负载电流平均要大于

34、负载电流平均值值I IL L的一半。的一半。电工电子学电工电子学下页下页上页上页24单相桥式整流电路应用举例单相桥式整流电路应用举例 例题例题8.2.1 8.2.1 某负载需要某负载需要18V18V、1A1A的的直流电源供电，试计算：直流电源供电，试计算：(1)(1)电源变压电源变压器二次侧电压和电流有效值及变压器器二次侧电压和电流有效值及变压器容量；容量；(2)(2)通过二极管的电流平均值和通过二极管的电流平均值和承受的反向电压最大值，并选择整流承受的反向电压最大值，并选择整流二极管。二极管。R RL LD D1 1T Tr ra ab bu u2 2220V220VD D2 2D D3 3

35、D D4 4u uL L(1)(1)变压器次级电压有效值与电流有效值变压器次级电压有效值与电流有效值DRM2U= 222028.2UV二极管承受的最大反向电压二极管承受的最大反向电压解：解：21820()0.90.9LUUV（2 2）二极管流过的平均电流）二极管流过的平均电流1110.5A22DLII 查表选择整流电流大于查表选择整流电流大于0.5A0.5A，最大反向电压大于，最大反向电压大于28V28V的二极管。的二极管。例选择例选择2CZ11A2CZ11A（I IFMFM=1A=1A，U URMRM=100V=100V）+ + + +- - - -i i2 221.111.11 1 1.1

36、1LIIA 变压器容量为变压器容量为22 220 1.1122.2SU IVAI IL L电工电子学电工电子学下页下页上页上页251. 1.电容滤波电路电容滤波电路(1)(1)电路结构电路结构R RL LD D1 1T Tr ra ab bu u2 2u uL L(u(uC C) )220V220VD D2 2D D3 3D D4 4i iL LC C+ +- -+ +(2)(2)工作原理及波形图工作原理及波形图 t tu uL Ll在在u u2 2正半周且大于正半周且大于u uC C时，时，D D1 1、D D3 3导通，导通，对对C C充电，充电，即即abab段段。a ab bc cd d

37、充电充电放电放电l在在u u2 2负半周时，负半周时，D D2 2、D D4 4导通，对导通，对C C充电，充电，重复重复上述过程。上述过程。l当当u u2 2到峰值后开始下降，到峰值后开始下降，即即bcbc段段。l之后电容之后电容C C放电，放电，即即cdcd段段。 从输出波形上看，电容滤波后，输出电压脉动减小，从输出波形上看，电容滤波后，输出电压脉动减小，波形平稳了；且输出电压平均值也提高了。波形平稳了；且输出电压平均值也提高了。8.2.2 滤波电路滤波电路+ +- - -+ +- -电工电子学电工电子学下页下页上页上页26(3)(3)电容滤波电路特点电容滤波电路特点负载变化对输出电压的影

38、响负载变化对输出电压的影响电容电容C C的选择的选择输出电压平均值的计算输出电压平均值的计算二极管的导通角二极管的导通角 当电容当电容C C一定时，负载电阻一定时，负载电阻R RL L越小，则时间常数越小，则时间常数R RL L C C小，输出电压减小，输出电压减小，且脉动变大。电路适用于小，且脉动变大。电路适用于负载电流小负载电流小，且负载，且负载变化较小变化较小的场合。的场合。选择原则：选择原则：LR C(3 5)2TT T为电源电压周期为电源电压周期电容的耐压值应大于变压器副边电压的幅值；电容的极性不能接错。电容的耐压值应大于变压器副边电压的幅值；电容的极性不能接错。桥式整流电容滤波，输

39、出电压的平均值取：桥式整流电容滤波，输出电压的平均值取：L2U =1.2U 电容滤波时，二极管导通角减小，会出现电容滤波时，二极管导通角减小，会出现冲击电流冲击电流，因此二极，因此二极管容量要大一点。管容量要大一点。t tu uL La ab bc cd d8.2.2 滤波电路滤波电路电工电子学电工电子学下页下页上页上页272. 2.电感滤波电路电感滤波电路(1)(1)电路结构电路结构(2)(2)工作原理工作原理R RL LT Tr ra ab bu u2 2u uL L220V220VL L 当电感中当电感中电流变化电流变化时，电感两端产生时，电感两端产生自感电动势自感电动势来来阻止电流的变

40、阻止电流的变化化，使，使输出电流稳定输出电流稳定，从而使负载得到，从而使负载得到平稳的直流平稳的直流。 只要电感只要电感L L足够大，满足足够大，满足LRLRL L，整流电压的，整流电压的交流分量交流分量就大部分就大部分降在线圈上，而降在线圈上，而直流分量直流分量大部分降在负载两端。大部分降在负载两端。 若忽略电感线圈内阻和二极管压降，则负载电压平均值为：若忽略电感线圈内阻和二极管压降，则负载电压平均值为：L2U0.9ULU 电感滤波电路适用于负载电流大的场合。但电感元电感滤波电路适用于负载电流大的场合。但电感元件体积大，比较笨重，成本高，功耗大。件体积大，比较笨重，成本高，功耗大。8.2.2

41、 滤波电路滤波电路u uL L + + + + +- - - - -电工电子学电工电子学下页下页上页上页283. 3.复式滤波电路复式滤波电路常见的复式滤波电路结构如图常见的复式滤波电路结构如图+ +- -+ +- -+ +- -+ +- -+ +- -R RC C1 1C C2 2C C1 1C C2 2L LL L+ + + +- - - -LCLC滤波电路滤波电路LC LC 滤波电路滤波电路RC RC 滤波电路滤波电路8.2.2 滤波电路滤波电路C C1 1U UI IU UI IU UI IU UO OU UO OU UO O+ + + +- - - -电工电子学电工电子学下页下页上页

42、上页29电路如图，电路如图，输入正弦交流信号，输入正弦交流信号，画出输出电压波形画出输出电压波形12V12V+ +- -6V6V二极管应用二极管应用u ui iu uo o+ +- -+ +- -u ui iu uo o+ +- -+ +- -u ui iu uo o+ +- -6V6V6V6V-12V-12Vu ui it t12V12V-12V-12Vu ui it t12V12V-12V-12Vu ui it t12V12V-12V-12Vu ui it t0 0-6V-6V6V6V6V6VD DD DD DR RR RR Ru ui i-6V-6V时时D D导通导通,u,uo o=u=

43、ui iu ui i6V6V时时D D导通导通,u,uo o=u=ui iu ui i6VII，所以输出电压为，所以输出电压为1211212111.25(1)RORRURUUI RURRR 可见：可见：改变改变R R2 2就可调节输出电压就可调节输出电压U UO O；当当R R1 1取取240240，R R2 2取取6.8k6.8k电位器，则电位器，则U UO O的可调范围为的可调范围为1.251.2537V37V。CW137CW137输出为负电压，应用电路与输出为负电压，应用电路与C117C117电路套用即可。电路套用即可。电工电子学电工电子学下页下页上页上页388.2.3 串联型稳压电路串

44、联型稳压电路 例题例题8.2.2 8.2.2 图是一个图是一个0 030V30V连续可调的直流稳压电源，试分析其连续可调的直流稳压电源，试分析其工作原理。工作原理。CW117CW117U UR RU UO OC CI ID DZ Z1 12 23 3+ + +- - -R R 6.3V 6.3V交流电源经交流电源经D D半波整流、半波整流、C C滤波、滤波、R1R1和和D DZ Z（稳压值（稳压值1.25V)1.25V)构构成稳压电路，故成稳压电路，故a a点对地电压为点对地电压为U Ua a=-1.25V=-1.25V。R RP P220V220VR R1 1C CR RL L解：解：辅助电

45、源辅助电源(1)1.25(1)1.251.25PPPORaRRRUUURRR+ + + +35V35V2CZ12B2CZ12B4 422002200F/50VF/50V0.330.33F F1 1F F3k3k1201201.25V1.25V6806802CP102CP10D D6.3V6.3V5050F/10VF/10Va a输出电压输出电压R RP P在在0 03k3k之间调节时，输出电压之间调节时，输出电压U UO O可在可在0 030V30V的范围内连续调节。的范围内连续调节。U UO O范围范围0 030V30V；最大电流最大电流1.5A1.5A。电工电子学电工电子学下页下页上页上页

46、398.2.4 开关型稳压电路开关型稳压电路1.1.概念概念 线性稳压电路线性稳压电路调整管工作在线性放大区，调整管的电流和调整管工作在线性放大区，调整管的电流和两端压降都较大，因而功耗大、效率较低。两端压降都较大，因而功耗大、效率较低。 当调整管截止时，管压降较高，但电流近似为零；当调整管截止时，管压降较高，但电流近似为零； 当调整管饱和时，电流较大，但管压降很小。当调整管饱和时，电流较大，但管压降很小。 因此，因此，开关型稳压电路调整管功耗小、效率高、体积小、重量轻开关型稳压电路调整管功耗小、效率高、体积小、重量轻、允许电网电压有较大有较大的波动。、允许电网电压有较大有较大的波动。缺点：缺

47、点：输出电压有较大的纹波和噪声。输出电压有较大的纹波和噪声。 开关型稳压电路开关型稳压电路调整管工作在开关状态，调整管以较高的调整管工作在开关状态，调整管以较高的调制频率在饱和区和截止区之间快速变换。调制频率在饱和区和截止区之间快速变换。2.2.开关型稳压电路的特点开关型稳压电路的特点电工电子学电工电子学下页下页上页上页408.2.4 开关型稳压电路开关型稳压电路3.3.开关型稳压电路的开关型稳压电路的框图框图及及分类分类 按调制方式分为：按调制方式分为：脉宽调制型：脉宽调制型：通过调整脉冲宽度来调整输出电压。通过调整脉冲宽度来调整输出电压。脉频调制型：脉频调制型：通过调整脉冲频率来调节输出电

48、压。通过调整脉冲频率来调节输出电压。混合调制型：混合调制型：通过调整脉冲宽度和频率来调节输出电压。通过调整脉冲宽度和频率来调节输出电压。按按功率管与负载的连接方式分为：按按功率管与负载的连接方式分为：串联型、并联型串联型、并联型整流整流滤波滤波高频高频变换变换方波方波整流滤波整流滤波脉宽调制脉宽调制比较器比较器采样电路采样电路基准电压基准电压振荡电路振荡电路2020- -200kH200kHZ ZT TononT ToffoffT TACACDCDC电工电子学电工电子学下页下页上页上页418.2.4 开关型稳压电路开关型稳压电路4.4.串联脉宽调制串联脉宽调制(PWM)(PWM)开关型稳压电路

49、的结构开关型稳压电路的结构C Cu ui iU UI IT T+ + +- - -A A1 1A A2 2R R1 1R R2 2D DL LR RL LU Uo o+ +- -+ +- -u uN1N1U UREFREFu uN2N2u uP2P2u uB B整整流流滤滤波波电电路路三角波三角波发生电路发生电路基准电压基准电压电路电路+ +- -比较放大比较放大脉宽调制脉宽调制图中：图中：T T为调整管，工作在开关状态，可用（为调整管，工作在开关状态，可用（MOSFETMOSFET或或IGBTIGBT）。）。 L L和和C C为滤波元件。为滤波元件。D D为续流二极管。为续流二极管。 比较器

50、比较器A A2 2和三角波发生电路构成和三角波发生电路构成脉宽调制电路脉宽调制电路。 运算放大器运算放大器A A1 1构成比较放大电路，对基准电压构成比较放大电路，对基准电压U UREFREF和取样电压和取样电压u uN1N1的差值进行放大。的差值进行放大。电工电子学电工电子学下页下页上页上页428.2.4 开关型稳压电路开关型稳压电路5.5.工件原理工件原理（调整过程）（调整过程）C Cu ui iU UI IT T+ + +- - -A A1 1A A2 2R R1 1R R2 2D DL LR RL LU Uo o+ +- -+ +- -u uN1N1u uREFREFu uN2N2u

51、uP2P2u uB B整整流流滤滤波波电电路路三角波三角波发生电路发生电路基准电压基准电压电路电路+ +- -比较放大比较放大脉宽调制脉宽调制 当当U Uo ouuN1N1uuP2P2TToffoffTTonon占空占空比比(q=T(q=Tonon/T)/T)调整管导通时间减小调整管导通时间减小UUo o使使U Uo o趋于不变趋于不变u uN2N2u uB Bu uP2P2T TT TononT Toffofft tt t0 00 0 即，调整管的开关周期不变，通过改变导通时即，调整管的开关周期不变，通过改变导通时间间T Tonon（脉冲宽度）调节占空比，从而实现稳压。（脉冲宽度）调节占空比

52、，从而实现稳压。电工电子学电工电子学下页下页上页上页43主要内容主要内容8.3.18.3.1 功率半导体器件功率半导体器件8.3.28.3.2 可控整流电路可控整流电路8.3.3 8.3.3 交流调压和变频电路交流调压和变频电路8.3.4 8.3.4 直流调压电路直流调压电路电工电子学电工电子学下页下页上页上页448.3.1 功率半导体器件功率半导体器件1.1. 晶闸管晶闸管可控硅可控硅 是大功率是大功率变流技术变流技术中应用最广的一种功率半导体器件。中应用最广的一种功率半导体器件。 有：有：普通晶闸管、快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、可关断普通晶闸管、快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、

53、可关断晶闸管等。晶闸管等。（1 1）结构、符号图、等效电路）结构、符号图、等效电路J J1 1J J2 2J J3 3P P1 1N N1 1P P2 2N N2 2A A（阳极）（阳极）K K（阴极）（阴极）G G（门极）（门极）（控制极）（控制极）A AK KG GA AK KK KG GU UGKGKU UAKAKI IA AI IE1E1I IC2C2I IE2E2I IK KI IC1C1I IG GI IB1B1T T1 1T T2 2+ + +- - -I IB2B2结构图结构图符号图符号图等效电路模型等效电路模型2 21 1电工电子学电工电子学下页下页上页上页458.3.1 晶

54、闸管和绝缘门极双极晶体管晶闸管和绝缘门极双极晶体管（2 2）工作原理）工作原理A AK KK KG GU UGKGKU UAKAKI IA AI IE1E1I IC2C2I IE2E2I IK KI IC1C1I IG GI IB1B1T T1 1T T2 2+ + +- - -I IB2B2l当当U UAKAK000，U UGKGK0 0时时，三极管，三极管T T2 2因反向偏置截止，因反向偏置截止，晶闸管不导通，晶闸管处于晶闸管不导通，晶闸管处于正向阻断状态正向阻断状态。l当当U UAKAK00，U UGKGK 0 0时时，产生门极电流，产生门极电流I IG G（即（即I IB2B2）注意

55、：注意：晶闸管一但导通，去掉晶闸管一但导通，去掉U UGKGK，晶闸管依，晶闸管依然能维持导通。所以然能维持导通。所以U UGKGK常为触发脉冲。常为触发脉冲。G G极只极只能控制其导通。能控制其导通。A AK KG G2 21 1U UAKAKU UGKGK+ +- -+ +- - 如此正反馈，使如此正反馈，使T T1 1、T T2 2迅速饱和导通，即迅速饱和导通，即晶闸管全导通，处于晶闸管全导通，处于正向导通状态正向导通状态。222CBII112122CCBIII 经经T T2 2放大，得放大，得再经再经T T1 1放大，得放大，得电工电子学电工电子学下页下页上页上页468.3.1 晶闸管

56、和绝缘门极双极晶体管晶闸管和绝缘门极双极晶体管（3 3）晶闸管导通条件及特点）晶闸管导通条件及特点 导通条件：导通条件：( (缺一不可缺一不可) )l阳极与阴极之间加正向电压；阳极与阴极之间加正向电压；l门极与阴极之间加正向触发电压。门极与阴极之间加正向触发电压。 晶闸管导通后控制极失去控制作用。晶闸管导通后控制极失去控制作用。 当阳极电流当阳极电流I IA A小于某一值小于某一值I IH H时，晶闸管恢复到时，晶闸管恢复到正向阻断状态。正向阻断状态。I IH H称为晶闸管的称为晶闸管的维持电流维持电流。关断的实用方法：关断的实用方法： 增大负载电阻、降低阳极电压增大负载电阻、降低阳极电压;

57、; 使阳极与阴极间使阳极与阴极间加反向电压加反向电压。A AK KK KG GU UGKGKU UAKAKI IA AI IE1E1I IC2C2I IE2E2I IK KI IC1C1I IG GI IB1B1T T1 1T T2 2+ + +- - -I IB2B2A AK KG G2 21 1U UAKAKU UGKGK+ +- -+ +- -特点：特点：晶闸管关断的基本原则：晶闸管关断的基本原则：只要使只要使阳极电流小于维持电流阳极电流小于维持电流I IH H即可。即可。I IA A电工电子学电工电子学下页下页上页上页478.3.1 晶闸管和绝缘门极双极晶体管晶闸管和绝缘门极双极晶体管

58、（4 4）晶闸管伏安特性）晶闸管伏安特性0 0U UAKAK阳极电流阳极电流I IA A和阳极与阴极间电压和阳极与阴极间电压U UAKAK的关系，即的关系，即正向特性：正向特性：（U UAKAK0)0)()AAKIf UI IA AI IAGAGI IG G=0=0I IG1G1I IG2G2I IH HU UBOBOU UF FU UBRBRl当当U UAKAKUUUBOBO时，晶闸管被击穿导通时，晶闸管被击穿导通( (不允许不允许) )，U UBOBO称为称为正向转折电压正向转折电压。A AK KG GU UAKAKU UGKGK+ +- -+ +- -I IA AI IG G若门极不加电

59、压，若门极不加电压，I IG G=0=0电工电子学电工电子学下页下页上页上页488.3.1 晶闸管和绝缘门极双极晶体管晶闸管和绝缘门极双极晶体管（4 4）晶闸管伏安特性）晶闸管伏安特性0 0U UAKAK 晶闸管处于反向阻断状态，有很小的反向漏电流，当反向电压达到晶闸管处于反向阻断状态，有很小的反向漏电流，当反向电压达到反向击穿电压反向击穿电压U UBRBR时，晶闸管反向击穿。时，晶闸管反向击穿。()AAKIf UI IA AI IAGAGI IG G=0=0I IG1G1I IG2G2I IH HU UBOBOU UF FU UBRBR晶闸管从阻断变为导通，正向电压降低，晶闸管从阻断变为导通

60、，正向电压降低，I IG G越大，该电压越小。越大，该电压越小。 晶闸管导通后与二极管正向特性类似，工作电流由外电路决定，正晶闸管导通后与二极管正向特性类似，工作电流由外电路决定，正向管压降向管压降U UF F很小，约为很小，约为0.40.41.2V1.2V。A AK KG GU UAKAKU UGKGK+ +- -+ +- -I IA AI IG G若门极加正向电压，若门极加正向电压，I IG G00反向特性：反向特性：（U UAKAK0)UUG(sh)G(sh)时，时，NMOSNMOS管导通，为管导通，为PNPPNP管提供基极电流，管提供基极电流，PNPPNP导通，导通，即即IGBTIGB