模电第八章直流电源

模电课件第八章直流电源1第1页，课件共41页，创作于2023年2月8.1单相整流电路

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u4uou3u2交流电源负载变压整流滤波稳压2第2页，课件共41页，创作于2023年2月整流电路的作用:

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，反向电阻为无穷大。整流原理：

利用二极管的单向导电性3第3页，课件共41页，创作于2023年2月8.1.1单相半波整流电路u2>0时，二极管导通。二极管导通i0u1u2aTbDRLu0忽略二极管正向压降：u0=u24第4页，课件共41页，创作于2023年2月8.1.1单相半波整流电路u2<0时，二极管截止,输出电流为0。二极管截止u0=0u1u2aTbDRLu0i05第5页，课件共41页，创作于2023年2月输出电压波形与大小uo输出电压平均值（U0）：输出电压波形：u1u2aTbDRLu0i06第6页，课件共41页，创作于2023年2月输出电压波形与大小二极管上承受的最高电压：二极管上的平均电流：ID=I0u1u2aTbDRLu0i0uo输出电压波形：7第7页，课件共41页，创作于2023年2月8.1.2单相桥式整流电路桥式整流电路+-u2正半周时电流通路u1u2TD4D2D1D3RLu01、工作原理8第8页，课件共41页，创作于2023年2月桥式整流电路-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2负半周时电流通路9第9页，课件共41页，创作于2023年2月u2>0时D1,D3导通D2,D4截止电流通路:由+经D1

RLD3

-u2<0时D2,D4导通D1,D3截止电流通路:由-经D2

RLD4

+输出是脉动的直流电压！u2桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLu0+-10第10页，课件共41页，创作于2023年2月2、负载上的直流电压UL和直流电流IL的计算RLu2ILUL1234ab+–+–负载电压UL的平均值为:负载上的(平均)电流:uL11第11页，课件共41页，创作于2023年2月3、整流元件的选择平均电流(ID)与反向峰值电压(URM)是选择二极管的主要依据。例如，

在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流ID是负载平均电流的一半。

二极管截止时两端承受的最大反向电压：12第12页，课件共41页，创作于2023年2月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，负载中有电流通过，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

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo13第13页，课件共41页，创作于2023年2月

如果D2或D4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、D4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+_RLD2D4D1D314第14页，课件共41页，创作于2023年2月例：有一直流负载，要求电压为27V,电流为90A。采用单相桥式整流电路，试选用所需的整流元件。解：根据给定条件，整流元件所通过的电流整流元件所承受的最大反向电压因此，选用的整流元件必须是额定电流IF≥45A,最高反向工作电压URM≥42V.15第15页，课件共41页，创作于2023年2月8.2滤波电路整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相距甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。8.2.1电容滤波8.2.2电感滤波16第16页，课件共41页，创作于2023年2月8.2.1电容滤波利用电容器两端的电压不能突变的特点，将电容器与负载电阻并联，以达到使输出波形平滑的目的。从能量的观点看，由于电抗元件有储能的作用，并联的电容器C在电源电压升高时，把部分能量存储起来；而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压平滑。（1）电容滤波电路17第17页，课件共41页，创作于2023年2月(2)滤波原理负载RL未接入：ui0，经D1、3向C充电；ui0，经D2、4向C充电；τ充电=RintC很小，电容很快充到u2最大值。负载RL接入：u2<uC，D受反向电压截止，C经RL放电，因τ放电=RLC一般较大，故uC按指数规律缓慢下降。

u2>uC，D导通，C经D充电，因τ充电较小，故uC按指数规律快速上升。

如此周而复始地进行充放电，形成一个近似锯齿波的电压，使负载电压的纹波成分大为减少。18第18页，课件共41页，创作于2023年2月结论1结论2滤波电路中二极管的导电角θ

180

,导电时间缩短。因此，在短暂的导电时间内流过二极管很大的冲击电流，这对管子是不利的，必须选择较大容量的二极管。由于电容的储能作用，使得输出波形比较平滑，脉动成分降低输出电压的平均值增大。演示19第19页，课件共41页，创作于2023年2月结论3τ放电=RLC越大,放电过程越慢，输出电压中脉动（纹波）成分越少，滤波效果越好。一般取：τ放电≥（3～5）T/2，T为电源交流电压的周期。当ＲL很大，即IL很小时，尽管C较小,RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，所以电容滤波适合输出电流较小的场合τ放电增大t2点要右移，t3点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3。20第20页，课件共41页，创作于2023年2月整流滤波电路中，输出直流电压Uo随负载电流Io的变化关系曲线称外特性。（3）外特性输出直流电压Uo随负载电流Io增加而减小。C值一定，当RL=（空载）时，当C=0（无电容）

时，当整流电路内阻不大（几欧）且放电时间常数满足21第21页，课件共41页，创作于2023年2月8.2.2电感滤波（1）滤波原理:对直流分量(f=0):XL=0相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量:f越高,XL越大,电压大部分降在XL上。因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。U0=0.9U2

当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：u2u1RLLu022第22页，课件共41页，创作于2023年2月（2）电感滤波的特点:整流管导电角较大,峰值电流很小,输出特性比较平坦,适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。u2u1RLLu023第23页，课件共41页，创作于2023年2月例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压变压器副边电压的有效值uRLuo++––~+C解：1.选择整流二极管可选用二极管IOM=100mAUDRM=50V

24第24页，课件共41页，创作于2023年2月取RLC=5

T/2已知RL=200

2.选择滤波电容器可选用C=250

F，耐压为50V的极性电容器uRLuo++––~+C25第25页，课件共41页，创作于2023年2月8.3串联反馈稳压电路UI的变化由UCE调节，因此三极管被称为调整管。因为Iz=IR+IB，有|△Iz|=|△IB|。只要△Iz在稳压管的正常范围内，Uz就基本保持不变。1、串联型稳压电路Uo=Uz

UBE1）当电网电压UI波动时Uo基本不变。2）当RL变化引起输出电流的变化时由于UR=UI

Uz不变，故流过R的电流不变。演示26第26页，课件共41页，创作于2023年2月输出电流的变化可扩大为（1+β）△Iz。由于三极管与负载是串联的关系此电路称为串联型稳压电路。为了改进稳压性能和使输出电压可随意调节，可1）引入深负电压反馈使输出电阻很小，以稳定输出电压；2）引入可随意调节放大倍数的放大器以改变输出电压。上述电路稳压值是固定的，使用不方便。需要向稳压性能好和输出电压可随意调节方向改进。想一想，该怎么做?27第27页，课件共41页，创作于2023年2月2、串联反馈式稳压电路1）电路组成和工作原理组成：采样电路基准电压和放大电路调整管28第28页，课件共41页，创作于2023年2月稳压过程UI

或Io

Uo

UF

Uid

UB

IC

UCE

Uo

串联反馈式稳压电路的稳压过程，实质上是通过电压负反馈使输出电压保持基本稳定的过程。29第29页，课件共41页，创作于2023年2月2）输出电压的调节范围Uo的调节通过采样电路R2的滑动端位置来实现。深度负反馈下，注意：

调整管T的调整作用是靠UF和UREF的偏差来实现的，该系统为闭环有差调整系统。

基准电压直接影响稳压电源的性能。30第30页，课件共41页，创作于2023年2月3)稳压电路的保护环节在串联型稳压电路中，调整管与负载串联，故

IC≈IL当输出电流过大或输出短路时，调整管会因为电流过大而使管耗过大而损坏。因此，有必要对调整管加以保护。利用集成电路制造工艺，在调整管旁制作PN结温度传感器。当温度超标时，启动保护电路工作，工作原理与反馈保护型相同。保护方法反馈保护型温度保护型截流型限流型31第31页，课件共41页，创作于2023年2月电阻R检测调整管的电流，当电流在额定范围内时UR不足以使T2导通；而当电流超过额定值后，T2导通，将T1的基极电流分走一部分，削弱了负反馈作用。限流型保护电路调整管当调整管电流超过一定限度时，对它的基极电流进行分流，以限制调整管的发射极电流不至于太大。从这电路的外特性曲线可知，即使在输出短路的情况下电流也不会太大。32第32页，课件共41页，创作于2023年2月1）当正常工作时，T2处于截止状态，即：若UI

Uo

U+

Ub1

IC（Io）Uo

2）当Io超过额定值时，保护管T2导通：引起U+上升，稳压管因端电压下降而截止，切断了负反馈回路。U+上升引起的一系列变化如下：U+

Ub1

Uc1（Uo）

Ub2

Ic2

U+

这样最终导致Uo接近于零，实现了截流作用。截流型保护电路33第33页，课件共41页，创作于2023年2月8.4集成稳压器单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端固定式集成稳压器。1.分类XX两位数字为输出电压值三端稳压器输出固定电压输出可调电压输出正电压78XX输出负电压79XX（1.25~37V连续可调）34第34页，课件共41页，创作于2023年2月2.外形及引脚功能W7800系列稳压器外形1—输入端3—地2—输出端78xxW7900系列稳压器外形1—地3—输入端2—输出端79xx塑料封装35第35页，课件共41页，创作于2023年2月3.性能特点（7800、7900系列）输出电流超过1.5A（加散热器）不需要外接元件内部有过热保护内部有过流保护调整管设有安全工作区保护输出电压容差为4%输出电压额定值有:

5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。36第36页，课件共41页，创作于2023年2月输出为固定正电压时的接法如图所示。(1)

输出为固定电压的电路输入与输出之间的电压差取3～5V！4.三端固定输出集成稳压器的应用COW7805Ci