第4章 电源技术

1、4. 半导体器件（第半导体器件（第1章）章）半导体器件（第半导体器件（第1章）章）电源技术（第电源技术（第4章）章）集成运算放大器（第集成运算放大器（第3章）章）交流放大电路（第交流放大电路（第2章）章）交流放大电路（第交流放大电路（第2章）章）集成运算放大器（第集成运算放大器（第3章）章）电源技术（第电源技术（第4章）章）电路的暂态分析（第电路的暂态分析（第2章）章）电路的暂态分析（第电路的暂态分析（第2章）章）电路和电子技术电路和电子技术直流电路（第直流电路（第1章）章）交流电路（第交流电路（第3、4章）章）直流电路（第直流电路（第1章）章）交流电路（第交流电路（第3、4章）章）时序逻辑电

2、路（第时序逻辑电路（第6章）章）组合逻辑电路（第组合逻辑电路（第5章）章）*数模、模数转换数模、模数转换 (第第7章章)*PLD技术及其应用技术及其应用 (第第8章章) 时序逻辑电路（第时序逻辑电路（第6章）章）组合逻辑电路（第组合逻辑电路（第5章）章）*数模、模数转换数模、模数转换 (第第7章章)*PLD技术及其应用技术及其应用 (第第8章章) 电路和电子技术电路和电子技术*第第7章章 电工与电子系统电工与电子系统 *第第7章章 电工与电子系统电工与电子系统 电机与控制电机与控制第第1章章 磁路磁路 第第1章章 磁路磁路 第第2章章 变压器变压器 第第2章章 变压器变压器 第第3章章 三相异

3、步电动机三相异步电动机第第3章章 三相异步电动机三相异步电动机第第4章章 其它类型电动机其它类型电动机 第第4章章 其它类型电动机其它类型电动机 第第5章章 电动机的电器控制电动机的电器控制 第第5章章 电动机的电器控制电动机的电器控制 第第6章章 可编程序控制器原理及应用可编程序控制器原理及应用 第第6章章 可编程序控制器原理及应用可编程序控制器原理及应用 周次周次 学时学时地地 点点内内 容容824-1451024-2551124-2551224-1361624-1401724-1401824-1361924-136 4.(1) ：把其他能量（如水力、火力、风：把其他能量（如水力、火力、风

4、 力及核能发电力及核能发电 ）转换成电能，即供电电源。）转换成电能，即供电电源。(2) ：即在电源与负载之间对电能进行：即在电源与负载之间对电能进行 变换或稳定处理，以满足设备需要的电源。变换或稳定处理，以满足设备需要的电源。(3) ：即将其它形式的能量储存起来，：即将其它形式的能量储存起来，用时转换成电能，然后再提供给负载。用时转换成电能，然后再提供给负载。电源可分为三种类型：电源可分为三种类型：14.(1) 将交流电变为直流电将交流电变为直流电 ；(2) 将直流电变为交流电将直流电变为交流电 ；(3) 将一种直流电变为另一种直流电将一种直流电变为另一种直流电 这种变换这种变换 能实现直流电

5、的能实现直流电的（如斩波）；（如斩波）；(4) 将一种交流电变为另一种交流电将一种交流电变为另一种交流电 这种变换这种变换 能实现交流电的能实现交流电的（如变频）。（如变频）。(1) 体积小、重量轻、造价低；体积小、重量轻、造价低；(2) 电源输出不间断；电源输出不间断；(3) 效率高、节能；效率高、节能；(4) 输出电压或输出电流要稳定。输出电压或输出电流要稳定。14. 直流稳压电源有两种控制方式：直流稳压电源有两种控制方式： 连续线性控制连续线性控制 如串联型稳压电源就属于这种控制方式如串联型稳压电源就属于这种控制方式 特点：功率器件工作在特点：功率器件工作在状态；状态； 断续开关控制方式

6、断续开关控制方式 如开关型稳压电源就属于这种控制方式如开关型稳压电源就属于这种控制方式 特点：功率器件工作在特点：功率器件工作在、状态。状态。 稳压电源（稳压电源（ 补偿、净化）补偿、净化） 不间断电源（不间断电源（UPS、EPS）交流稳压电源交流稳压电源1 Uninterruptible Power Supply Emergency Power Supply 4. 最大输出电流最大输出电流 最大允许工作电流；最大允许工作电流； 输出电压及其调节范围输出电压及其调节范围 按负载需要来选择；按负载需要来选择； 效率效率 输出功率与输入功率之比，即输出功率与输入功率之比，即 = Po / Pi；

7、电压调整率电压调整率 当市电变化时，当市电变化时，Su = | Uo / Uo |； 电流调整率电流调整率 当输入电压不变，负载电流从当输入电压不变，负载电流从 Io = 0 Iomax 时，时，SI = | Uo / Uo |； 纹波系数纹波系数 输出电压中交流量与直流量的比值；输出电压中交流量与直流量的比值； 温度系数温度系数 Uo 对温度的稳定性对温度的稳定性 ST = | Uo / T | 。24. 按电源中调整元件与负载的连接方式：按电源中调整元件与负载的连接方式： 分为分为并联式并联式稳压电源和稳压电源和串联式串联式稳压电源。稳压电源。 按调整元件的工作状态：按调整元件的工作状态：

8、 分为分为线性线性稳压电源和稳压电源和开关型开关型稳压电源。稳压电源。变变压压整整流流滤滤波波稳稳压压24.滤波滤波电路电路整流整流电路电路稳压稳压电路电路负负载载变压变压器器交流交流电源电源各部分电路输出波形各部分电路输出波形本章重点介绍直流稳压电路。本章重点介绍直流稳压电路。24.Uo UR +TRLCUiRIR UZ IZDZ Uou2Iou1若若Ui 增大时，自动调整过程如下：增大时，自动调整过程如下：Ui Uo (=UZ) IZ IR Uo = Ui UR0 IZ UZIUIminIZmaxUZ+24.DZ (1) 电路结构简单，成本低；电路结构简单，成本低；(2) 输出电流小，输出

9、电压不能调节。输出电流小，输出电压不能调节。UZ = Uo，IZmax 2 3 Iomax0 IZ UZIUIminIZmaxUZTRLCUiRIR UZ IZUou2Iou1+24. 串联式线性稳压电源串联式线性稳压电源由由采样采样、基准基准、比较放大比较放大和和调整调整四个环节组成。四个环节组成。2T2DZR4T1RLR1R2RPUZR3+UiUo+UB2+UfUCE2IC2UCE1UBE1+PR PR 4.：由：由R1、R2、RP 组成组成)(P2P21ofRRRRRUU )(P21P21BEZoRRRRRUUU 反馈电压反馈电压输出电压输出电压2T2DZR4T1RLR1R2RPUZR3

10、+UiUo+UB2+UfUCE2IC2UCE1UBE1+PR PR 4.：由：由DZ和和R3组成。组成。：由：由T1构成。构成。2T2DZR4T1RLR1R2RPUZR3+UiUo+UB2+UfUCE2IC2UCE1UBE1+PR PR 4.：由工作在：由工作在的功率管的功率管(调整管调整管)T2组成。组成。 若某种原因使输出若某种原因使输出，其稳压过程为：，其稳压过程为： Uo Uf UBE1 UCE1 UB2 IC2 UCE2 Uo 2T2DZR4T1RLR1R2RPUZR3+UiUo+UB2+UfUCE2IC2UCE1UBE1+PR PR UBE IB IC UCE 4.采用运算放大器，

11、其稳压过程为采用运算放大器，其稳压过程为：Uo Uf UB IC UCE Uo UoTDZR3RLR1RP+UZ R2+Ui+UB+Uf + UCEICPR PR 24. 常用的集成稳压器有下列几种：常用的集成稳压器有下列几种： 多端可调式集成稳压器多端可调式集成稳压器 三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器 三端固定式集成稳压器三端固定式集成稳压器系列、系列、 W7900系列系列W7800系列输出正电压系列输出正电压, 如如W7805, 表示输出电压为表示输出电压为5V。W7900系列输出负电压系列输出负电压, 如如W7915, 表示输出电压为表示输出电压为15V。2UoUi213+正：正

12、：CW117/217/317负：负：CW137/237/3374.输入端输入端输出端输出端公共端公共端123T17T16T15T13T10T5T6T2T3T4T8T11T12T14T1T7DZ1DZ2CR4R18R8R5R6R9R1R7R13R17R12R11R19R20R14R10R3R2R15R16T924. 27800 三端稳压器三端稳压器4. 24.Ci：改善纹波；：改善纹波；Co：改善负载的瞬态响应。：改善负载的瞬态响应。W7805Ci+ UiCoUo+ 12 3 2 最大输入电压最大输入电压Uimax：约为：约为35V； 输出电压输出电压Uo ：5V, 6V, 9V, 12V, 1

13、5V, 18V, 24V等；等； 最大输出电流最大输出电流 Iomax：1.5A； 最小输入输出电压之差最小输入输出电压之差 (Ui Uo) min，通常，通常 (Ui Uo) min = (2 3) V。1 F0.33 F4. 220VC+5V 5VCi+CoCi+CoW7805W7905C12V12V1231232Ci 、Co 取值：一般在取值：一般在 0.33 1 F左右。左右。4.12W78XXCi+ UiCoR1+ 3R2+ UXXUoIRIQ若若 IR 5 IQ ，则，则)(QR2XXoIIRUU R2XXoIRUU 2XX12XX12XX)1(URRURRU RQR)(III 4

14、.)1()(12XX211XXoRRURRRUU W78XXCi+ UiCoUo+ 123 +R1R2 + U故有输出电压为故有输出电压为2o211XXURRRU 由表达式由表达式4.W78XXCi+ UiCoUo+ 123R IBI3IRI1ICI2RLIoTUBE 通常通常I3较小，所以较小，所以I2 I1。当。当IR电流不足以使电流不足以使T导通时，导通时，IC = 0， Io= I2 I1，若电流，若电流 IR增大到一定值时，使增大到一定值时，使T导通，则导通，则 Io = I2 + IC，调整调整 R 的大小使功率管在输出电流较大时导通。的大小使功率管在输出电流较大时导通。I2 I1

15、= IR + IB = CBEIRU C1BE1IIUR 24.(1) 一次整流滤波电路：一次整流滤波电路：(2) 开关调整管：开关调整管：一次整一次整流滤波流滤波开关调整管开关调整管取取样样电电路路基准电路基准电路+ ui+ Uo开关控开关控制电路制电路比较放大比较放大二次滤波二次滤波34.(3) 二次滤波：二次滤波：(4) 开关控制电路：开关控制电路： (5) 取样电路，比较放大，基准电路作用同取样电路，比较放大，基准电路作用同 一次整一次整流滤波流滤波开关调整管开关调整管取取样样电电路路基准电路基准电路+ ui+ Uo开关控开关控制电路制电路比较放大比较放大二次滤波二次滤波34. 将交流

16、电变成直流电称为将交流电变成直流电称为整流整流，将直流电变成交流电称为，将直流电变成交流电称为逆逆变变。实现直流电变成交流电的电路称为逆变电路，完成逆变功能。实现直流电变成交流电的电路称为逆变电路，完成逆变功能的设备称为逆变器。的设备称为逆变器。 应用于各种领域，应用于各种领域，例如：采用逆变技术将普通交流电网电压例如：采用逆变技术将普通交流电网电压变成电压可调、频率可调的交流电，提供给交流电动机，以调节变成电压可调、频率可调的交流电，提供给交流电动机，以调节电动机的转速；电动机的转速； 在不间断电源在不间断电源(UPS)中有充电器和逆变器；中有充电器和逆变器； 又如中频炉、高频炉、电磁灶等调

17、备，利用逆变技术产生交又如中频炉、高频炉、电磁灶等调备，利用逆变技术产生交流电流电, 从而产生交变磁场从而产生交变磁场, 使金属在磁场中产生涡流而发热等等。使金属在磁场中产生涡流而发热等等。 当前主要采用普通晶闸管，可关断晶闸管当前主要采用普通晶闸管，可关断晶闸管(GTO)，大功率晶，大功率晶体管体管(GTR)，功率场效应晶闸管，功率场效应晶闸管(VMOSFET)，绝缘栅双极晶体，绝缘栅双极晶体管管(IGBT)等器件组成逆变主电路。等器件组成逆变主电路。44. 按逆变器输出交流频率：按逆变器输出交流频率：可分为工频逆变、中频逆变和高可分为工频逆变、中频逆变和高频逆变。工频逆变指频逆变。工频逆变

18、指5060Hz 的逆变器；中频逆变的频率为的逆变器；中频逆变的频率为400Hz 几十几十kHz；高频逆变器的频率则为十几；高频逆变器的频率则为十几 kHz MHz。 按逆变器能量的去向：按逆变器能量的去向：可分为有源逆变和无源逆变。可分为有源逆变和无源逆变。 按逆变主电路的形式：按逆变主电路的形式：可分为单端式、推挽式、半桥式可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变。和全桥式逆变。 按输出稳定的参量：按输出稳定的参量：可分为电压型逆变和电流型逆变。可分为电压型逆变和电流型逆变。 按输出电压或电流的波形：按输出电压或电流的波形：可分为正弦波输出逆变和非可分为正弦波输出逆变和非正弦波输出逆变。正弦

19、波输出逆变。 按控制方式：按控制方式：可分为调频式可分为调频式 (PFM) 逆变和调脉宽式逆变和调脉宽式(PWM)逆变。逆变。44.SPWM 仿真电路及波形仿真电路及波形44. 图中图中S1S4是桥式电路的是桥式电路的4个臂。个臂。Ud为直流电源。当开关为直流电源。当开关S1、S4 闭合，闭合，S2、S3断开时，电流断开时，电流 io 从从A流向流向B。Uo极性为极性为A正正B负；当开关负；当开关S1、S4断开，断开，S2、S3闭合时，电流闭合时，电流io从从B 流向流向A 。Uo极性为极性为B正正 A负；这样就把直流电变为交流电，改变负；这样就把直流电变为交流电，改变两组开关的切换频率，即改变了交流电的频率。两组开关的切换频率，即改变了交流电的频率。UdioS1S2S3S4uo负载负载tiouo0- -+当负载为纯电阻时当负载为纯电阻时, 负载电流负载电流io和和uo的波形形状、相位均相同。的波形形状、相位均相同。44. 当负载为感性时，当负载为感性时，io相位滞后于相位滞后于uo时，而且两者形状也不相时，而且两者形状也不相同。设同。设t1时刻以前时刻以前S1、S4导通，导通，uo与与io方向均为正。在方向均为正。在t1时刻时刻S1、S4断开断开, S2、S3闭合，则闭合，则uo的极性改变的极性