教学直流稳压电源.pptx

电子世界电子世界你的世界你的世界我的世界我的世界就业中心家电专业：李老师就业中心家电专业：李老师第九章第九章 直流稳压电源直流稳压电源模拟电路模拟电路实验室使用的直流稳压电源实验室使用的直流稳压电源小型直流电源小型直流电源微机电源微机电源21.5V小型快速充电器小型快速充电器带整流、电容滤波部分带整流、电容滤波部分电源电源变压器变压器整流部分整流部分带整流部分带整流部分带整流、电容滤波、集成稳压的带整流、电容滤波、集成稳压的312V可调直流电源可调直流电源直流电源的发展趋势当今电源产业中占主导地位的产品有各种线性稳压电各种线性稳压电源源、通信用的AC/DC开关电源、AC/DC开关电源、DC/DC开关电源、UPS、交流变频调速电源、正弦波逆变电源、大功率高频高压直流稳压电源、中频感应加热电源、电力操作电源、绿色照明电源、高效可靠低污染的光伏逆变电源、风光互补型电源等等。发展趋势：发展趋势：高效率、低损耗、智能化、数字化、高效率、低损耗、智能化、数字化、小型轻量化、安全可靠、无电力公害、电磁干扰小型轻量化、安全可靠、无电力公害、电磁干扰小等。小等。退出一、直流稳压电源的分类一、直流稳压电源的分类1.稳压二极管稳压电源：电路简单，功率小，稳压二极管稳压电源：电路简单，功率小，稳压精度低。稳压精度低。2.晶体管串联调整式稳压电源：电路简单，工晶体管串联调整式稳压电源：电路简单，工作可靠，功率较大，稳压精度高。作可靠，功率较大，稳压精度高。3.集成稳压器：体积小，可靠性高，温度特性集成稳压器：体积小，可靠性高，温度特性好，使用方便，价格便宜。好，使用方便，价格便宜。4.开关稳压电源：效率高，温升低，便于集成开关稳压电源：效率高，温升低，便于集成化，但电路复杂，有高频干扰。化，但电路复杂，有高频干扰。电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电变为合适的交流电压压u2。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整流电路整流电路:将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电转变为平滑的直流电压压u4。稳压电路稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持输保持输出电压出电压uo的稳定。的稳定。二、直流稳压电源的分类和组成二、直流稳压电源的分类和组成 退出12V市电市电220V功能：功能：把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压u4uou3u2u1交流电源交流电源交流电源交流电源负载负载负载负载变压变压变压变压整流整流整流整流滤波滤波滤波滤波稳压稳压稳压稳压各组成部分功能1、电源变压器 将交流电网供给的交流电压u1 变换为符合整流器所需要的交流电压u2。tu2tu1单相交流单相交流220V50HZ电源变压器电源变压器2、整流电路 利用二极管的单向导电性 将低压交流电变换成单向脉动直流电（如uD1）.tu2tuD1整流二极管整流二极管1N40011N4002 利用电容、电感阻抗特性将脉动的直流电（如uD1）变换成较平直的直流电压（如uD2）。tuD1uD2t3、滤波电路电容器电容器电感器件电感器件4、稳压电路 采用稳压电路使输出的直流电压在交流电源电压上下波动或负载变化时，能够保持稳定（如uD2到us)。tuD2tuo稳压二极管稳压二极管三端集成稳压三端集成稳压整流电路的作用：整流电路的作用：把交流电压转变为脉动的直流把交流电压转变为脉动的直流电压。电压。第二节第二节 整流电路整流电路常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。桥式和倍压整流等。为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。退出 单相半波整流电路的工作原理单相半波整流电路的工作原理u2 正半周正半周 时，二时，二极管导通。极管导通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二极管正忽略二极管正向压降：向压降：uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u2负半周负半周时，二时，二极管截止极管截止,输出输出电流为电流为0。uo=0 退出uDO单相半波整流电路单相半波整流电路3.3.工作波形工作波形工作波形工作波形1.1.电路结构电路结构电路结构电路结构 +aTrDuoubRLiou tOuoO(3)二极管上承受的最高电压：二极管上承受的最高电压：(2)二极管上的平均电二极管上的平均电流：流：ID =IL 退出半波整流电路的半波整流电路的优点：优点：结构简单，使用的元件少。结构简单，使用的元件少。缺点：缺点：只利用了电源的半个周期，所以电源利用率只利用了电源的半个周期，所以电源利用率低，输出的直流成分比较低；输出波形的脉动大；低，输出的直流成分比较低；输出波形的脉动大；变压器电流含有直流成分，容易饱和。故半波整流变压器电流含有直流成分，容易饱和。故半波整流只用在要求不高，输出电流较小的场合。只用在要求不高，输出电流较小的场合。二、二、单相全波整流电路的工作原理单相全波整流电路的工作原理u1u2aTbD1RLuoD2u2iL(1)输出电压波形：输出电压波形：(2)二极管上承受的二极管上承受的最高电压：最高电压：uo 退出在所有单相整流电路中，全波在所有单相整流电路中，全波整流电路，二极管承受的反向整流电路，二极管承受的反向电压最高。电压最高。全波整流的输出电压的全波整流的输出电压的平均值为半波整流的平均值为半波整流的2 2倍倍u1u2abuoD2u2iLD1负极性全波整流电路负极性全波整流电路试分析其试分析其工作原理工作原理单相桥式整流电路的工作原理单相桥式整流电路的工作原理桥式整流电路桥式整流电路+-u2正半周时正半周时电流通路电流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo 退出桥式整流电路桥式整流电路-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2负半周时负半周时电流通路电流通路 退出单相桥式整流电路的工作原理单相桥式整流电路的工作原理u20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止电流通路电流通路:A D1RLD3Bu2uC时，二极管导通，时，二极管导通，电源在给负载电源在给负载RL供电的供电的同时也给电容充电，同时也给电容充电，uC 增加，增加，uo=uC。u u u uC时，二极管截止，电容通过负载时，二极管截止，电容通过负载时，二极管截止，电容通过负载时，二极管截止，电容通过负载R RL L 放电，放电，放电，放电，u uC C按指数规律下降，按指数规律下降，按指数规律下降，按指数规律下降，u uo o=u uC 。+Cici +aDuoubRLio=uC 3.3.工作波形工作波形工作波形工作波形uou tO tO电容滤波电路电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。其电路如图所示。滤波原理滤波原理桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+退出1.RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+退出2.RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot电容通过电容通过RL放电，放电，在整流电路电压小在整流电路电压小于电容电压时，二于电容电压时，二极管截止，整流电极管截止，整流电路不为电容充电，路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐渐下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+退出uoRu2u1C1C2RL二、二、RC 型滤波电路型滤波电路 退出滤波原理：整流输出的电压先经滤波原理：整流输出的电压先经C1滤波，滤除大部分交流成分，滤波，滤除大部分交流成分，然后在加到由然后在加到由R和和C2构成的滤波电路中。构成的滤波电路中。C2的容抗和的容抗和R构成一构成一个分压电路，因个分压电路，因C2容抗很小，所以对交流成分的衰减量很大，容抗很小，所以对交流成分的衰减量很大，达到滤波的目的。达到滤波的目的。注意：加大注意：加大C1可提高滤波效果，但可能会烧整流二极管，所以可提高滤波效果，但可能会烧整流二极管，所以C1容量不可太大；当容量不可太大；当R1不变时，加大不变时，加大C2可提高滤波效果；当可提高滤波效果；当C2容量不变时，加大容量不变时，加大R可提高滤波效果，但加大可提高滤波效果，但加大R，就会使输，就会使输出的直流电压出的直流电压U0变小。变小。uoRu2u1C1C2uo1RL 退出RC-RC-形形形形滤波器滤波器滤波器滤波器RC 形形滤波器的体积小、成本低。电路结构简单，滤波器的体积小、成本低。电路结构简单，滤波效果好。滤波效果好。R R 愈大，愈大，愈大，愈大，C C2 2愈大，愈大，愈大，愈大，滤波效果愈好。但滤波效果愈好。但滤波效果愈好。但滤波效果愈好。但R R 大将使直大将使直大将使直大将使直流压降增加，流压降增加，流压降增加，流压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输主要适用于负载电流较小而又要求输主要适用于负载电流较小而又要求输主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。出电压脉动很小的场合。出电压脉动很小的场合。出电压脉动很小的场合。三、三、电感滤波电感滤波电路结构电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。电感滤波电路电感滤波电路u2u1RLLuo 退出利用电感通直流阻交流的特性实现滤波利用电感通直流阻交流的特性实现滤波 滤波原理：滤波原理：对直流分量对直流分量:XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上。上。对谐波分量对谐波分量:f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。u2u1RLLuo 退出 电感滤波的特点电感滤波的特点负载越小，滤波效果越好，适用于低电压大负载越小，滤波效果越好，适用于低电压大电流电流(RL较小较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重，体的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。积大，易引起电磁干扰。u2u1RLLuo 退出四、四、L-C 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoCRLuo1 退出原理：相比较单独一个电感滤波，这种滤波电路在负载上并原理：相比较单独一个电感滤波，这种滤波电路在负载上并联了一个电容联了一个电容C，可以使输出电压的脉动成分比仅用电感滤，可以使输出电压的脉动成分比仅用电感滤波时更小。波时更小。特点：特点：LC滤波在负载电流变化时，都有好的滤波效果，所滤波在负载电流变化时，都有好的滤波效果，所以对负载的适应能力比较强；但是，由于使用了铁芯电感，以对负载的适应能力比较强；但是，由于使用了铁芯电感，制作工艺复杂，体积笨重，成本较高，不适应电路和整机小制作工艺复杂，体积笨重，成本较高，不适应电路和整机小型化的要求。型化的要求。五、五、LC 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoC2RLuo1C1显然，显然，LC 型滤波电路输出电压的脉动系数型滤波电路输出电压的脉动系数比只有比只有LC滤波时更小，滤波时更小，波形更加平滑波形更加平滑；由于；由于在输入端接入了电容，因而较只有在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波时，滤波时，提高了输出电压提高了输出电压。退出通过比较可见：通过比较可见：LC 型滤波器的滤波效果是最好的。型滤波器的滤波效果是最好的。+-R1C1VTZDC2RL+-六、电子滤波器电路六、电子滤波器电路电路中：电路中：VT是电子滤波管，是电子滤波管，C1为基极滤波电容，为基极滤波电容，R1为为VT管基极偏置电阻，管基极偏置电阻，RL为电路负载，为电路负载，R1和和ZD组成二极管稳组成二极管稳压电路，压电路，C2为输出滤波电容。为输出滤波电容。电子滤波器的作用是进行滤波，它的滤波效果相当于一只电子滤波器的作用是进行滤波，它的滤波效果相当于一只容量为容量为C1这么大小的电容的滤波效果，可见电子滤波器这么大小的电容的滤波效果，可见电子滤波器的滤波性能很好。的滤波性能很好。+-R1C1VTZDC2RL+-六、电子滤波器电路六、电子滤波器电路电子滤波器本身只起滤波作用，没有稳压作用，但基极电子滤波器本身只起滤波作用，没有稳压作用，但基极接入稳压管接入稳压管ZD后，由于稳压管能使基极电压稳定，这后，由于稳压管能使基极电压稳定，这样发射极输出电压也比较稳定，所以，这种电子滤波器样发射极输出电压也比较稳定，所以，这种电子滤波器不但能滤波还能够实现稳压。不但能滤波还能够实现稳压。为进一步提高滤波效果，可采用双管电子滤波器，两只为进一步提高滤波效果，可采用双管电子滤波器，两只电子滤波管构成复合管电路，这样总电流放大倍数更高，电子滤波管构成复合管电路，这样总电流放大倍数更高，显然可以提高滤波效果和稳压效果。显然可以提高滤波效果和稳压效果。