英才学院《电工学》课件12直流稳压电源

1、12.3 直流稳压电源12.1 整流电路12.2 滤波电路12.4 晶闸管和可控整流电路第1 2 章 直流稳压电源 本章教学要求：1. 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及 参数的计算;2. 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作 原理;3. 了解集成稳压电路的性能及应用。小功率直流稳压电源的组成功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压u4uou3u2u1交流电源负载变压整流滤波稳压12.1 整流电路整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。 常见的整流电路： 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。分析时可把二极管当作理想元件处理： 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻

2、为无穷大。整流原理： 利用二极管的单向导电性uDO12.1.1 单相半波整流电路2. 工作原理 u 正半周，上正下负，二极管D导通； uo = u3. 工作波形 u 负半周，上负下正， 二极管D 截止 。 uD = u1. 电路结构 +aTrDuoubRLio动画utOuoO4. 参数计算(1) 整流电压平均值 Uo(2) 整流电流平均值 Io(3) 流过每管电流平均值 ID(4) 每管承受的最高反向电压 UDRM(5) 变压器副边电流有效值 I5. 整流二极管的选择 平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择整流二极管的主要依据。选管时应满足： IOM ID ， URWM （1.52)

3、 UDRM 12.1.2 单相桥式整流电路工作原理 u 正半周，VaVb，二极管 D1、 D3 导通， D2、 D4 截止 。3. 工作波形uD2uD41. 电路结构uouDttRLuiouo1234ab+ + 动画u例1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220 V，负载电阻 RL = 50，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。 I = 1.11 Io= 2 1.11 = 2. 2 A 变压器副边电流有效值变压器容量 S = U I = 122 2.2 = 268. 4V A变压器副边电压 U 122 V 可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为1A，反向工作

4、峰值电压为300V。例2： 试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或D4 断开时负载电压的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？如果D2 或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？ uo+_u+_RLD2D4 D1D3解：当D2或D4断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，负载电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压， uo =0。 uo u 234twtw234oo 如果 D4 (或D2)接反 则正半周时，二极管D1、D4 (或D2、D3 )导通，电流经D1、D4 (或D2、D3 )而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D

5、4 (或D2、D3 )将被烧坏。 如果D2或D4因击穿烧坏而短路 则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。uo+_u+_RLD2D4 D1 D312.1.3 三相桥式整流电路2. 工作原理在每一瞬间共阴极组中阳极电位最高的二极管导通；共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。1. 电路 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o 三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形共阳极组共阴极组 在 t1 t2 期间共阴极组中a点电位最高，D1 导通； 共阳极组中b点电位最低，D4 导通。负载两端的电压为线电压uab。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io

6、Cbau+ o负载电压2. 工作原理变压器副边电压动画uouaubuC2uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9 在 t2 t3 期间共阴极组中a点电位最高，D1 导通； 共阳极组中c点电位最低，D6 导通。负载两端的电压为线电压uaC。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o负载电压2. 工作原理变压器副边电压uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo 在 t3 t4 期间共阴极组中b点电位最高，D3 导通； 共阳极组中c点电位最低，D6 导通。负载两端的电压为线电压ubC。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o负载电压2. 工作原理变压

7、器副边电压uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo 在 t4 t5 期间共阴极组中b点电位最高，D3 导通； 共阳极组中a点电位最低，D2 导通。负载两端的电压为线电压uba。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io Cbau+ o负载电压2. 工作原理变压器副边电压uouaubuC2t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo2. 工作原理结论： 在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导通（导通角为120）。 D1RLuoD6 D3D5D4D2io cbau+ o变压器副边电压负载电压负载两端的电压为线电压。uouaubuC23

8、. 参数计算(1) 整流电压平均值 Uo(2) 整流电流平均值 Io(3) 流过每管电流平均值 ID(4) 每管承受的最高反向电压 UDRM+- 整流桥块+- 三端固定式集成稳压器 CW7800 系列正电压稳压器。 CW7900 系列负电压稳压器。 1 2 3 IN GND OUT 78 1 2 3 GND OUT IN 79 外形及引脚功能W7800系列稳压器外形1输入端3 公共端2 输出端78xxW7900系列稳压器外形1 公共端3输入端2 输出端79xx塑料封装12.2 滤波器 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。 滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两

9、端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。 方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。 12.2.1 电容滤波器 1. 电路结构2. 工作原理 u uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电， uC 增加，uo= uC 。 u IOM时，UR较大，T导通 ，IO=IOM + IC R 可由功率管 T的UBE和稳压器的IOM确定, 即R UBE /IOM 。6. 三端可调输出集成稳压器的应用 流过调整端电流 0、EG 0EGEA+_R 晶闸管导通后，去掉EG ， 依靠正反馈，仍可维持导

10、通状态。2 工作原理GEA 0、EG 0KEA+_R T1T2EGA形成正反馈过程晶闸管导通的条件： 1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。 2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。 晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。晶闸管关断的条件： 1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。 2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。正向特性反向特性URRMUFRMIG2 IG1 IG0 UBRIFUBO正向转折电压IHoUIIG0IG1IG2+_+_反向转折电压正向平均电流维持电流U3

11、伏安特性4 主要参数UFRM:正向重复峰值电压（晶闸管耐压值）晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。一般取UFRM = 80% UB0 。普通晶闸管 UFRM 为100V 3000V反向重复峰值电压控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电压。一般取 URRM = 80% UBR 普通晶闸管 URRM为100V3000VURRM：正向平均电流环境温度为40C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。 IF：IFt2如果正弦半波电流的最大值为Im, 则普通晶闸管IF为1A 1000A。UF: 通态平均电压（管压降）

12、在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时， 晶闸管阳、阴极间的电压平均值。 一般为1V左右。IH: 维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。 一般IH为几十 一百多毫安。UG、IG：控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。 一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。晶闸管型号及其含义 导通时平均电压组别共九级, 用字母AI表示0.41.2V额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者额定正向平均电流(IF)（晶闸管类型）P-普通晶闸管K-快速晶闸管S -双向晶闸管 晶闸管KP普通型如K

13、P5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。12.4.2 可控整流电路1 单相半波可控整流 1. 电阻性负载(1) 电路 u 0 时：若ug = 0，晶闸管不导通，u 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通, uo = 0, uT = u ，故称可控整流。控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导 通，uuoRL+uT+Tio(2) 工作原理t12u 0时: tO tO 接电阻负载时单相半波可控整流电路电压、电流波形动画控制角t1 tO tOt22tO导通角(3)工作波形(4)整流输出电压及电流的平均值由公式可知：改变控制角，可改变输出电压Uo。2. 电感性负载与续流二极管(1)电路 当电

14、压u过零后，由于电感反电动势的存在，晶闸管在一段时间内仍 维持导通，失去单向导电作用。uuoR+uT+TLeL 在电感性负载中 ,当晶闸管刚触发导通时，电感元件上产生阻碍电流变化的感应电势(极性如图)，电流不能跃变，将由零逐渐上升(见波形)。 tOtO tOt1 tOt22 2) 工作波形(未加续流二极管)uuoR+uT+LTioDiou 0时： D反向截止，不影响整流电路工作。u 0时： D正向导通,晶闸管承受反向电压关断,电感元件L释放能量形成的电流经D构成回路(续流),负载电压uo波形与电阻性负载相同(见波形图)。3.电感性负载(加续流二极管)+(1) 电路(3)工作波形(加续流二极管)iL t tOtO2 tO12.2.2 单相半控桥式整流电路1. 电路2. 工作原理 T1和D2承受正向电压。 T1控制极加触发电压, 则T1和D2导通，电流的通路为T1、T2 晶闸管D1、D2晶体管aRLD2T1b(1)电压u 为正半周时io+T1T2RLuoD1D2au+b此时，T2和D1均承受反向电压而截止。io+T1T2RLuoD1D2au+b T2和D1承受正向电压。 T2控制极加触发电压, 则T2和D1导通，电流的通路为(2)电压u 为负半周时bRLD1T2a此时，T1和D2均承受反向电压而截止。 t tOtO3. 工作波形2动画 tO4. 输出电压及电流的平均值两种常用