模电课件-第十章-直流电源

1、第十章 直流电源,2,10.1 直流电源的组成及各部分的作用,改变电压值通常为降压,交流变脉动的直流,减小脉动,1) 负载变化输出电压基本不变； 2) 电网电压变化输出电压基本不变。,问题：我们要直流电源干什么用？,半波整流,全波整流,在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电压波动10，且负载有一定的变化范围。,3,10.2 整流电路,-单相半波整流电路,脉动系数：整流输出电压的脉动系数S定义为整流输出电压的基波峰值UO1M与输出电压平均值UO(AV)之比。 脉动系数难计算，实际中脉动频率更常用。,4,二极管上承受的最高反向电压：,二极管的平均电流：,三、整流元件选择,选择依据：,二极管上承受的最高反向电压： URmax,二极管上的平均电流： ID（AV）,最大整流电流 IF,IF 1.1 ID(AV),最大反向工作电压UR,UR 1.1URmax,5,例在图示整流电路中，已知变压器副边电压有效值U2=30V，负载电阻RL=100，试问： （1）负载电阻RL上的电压平均值和电流平均值各为多少？ （2）电网电压波动范围是10% ，二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流平均值各为

2、多少？,解： （1）负载电阻上电压平均值,流过负载电阻的电流平均值,（2）二极管承受的最大反向电压,二极管流过的最大电流平均值,单相桥式整流电路,7,二极管上承受的最高反向电压：,二极管的平均电流：,整流元件选择,最大整流电流 IF,IF 1.1 ID(AV),最大反向工作电压UR,UR 1.1URmax,集成的桥式整流电路称为整流堆。,8,能够输出正、负电压的桥式整流电路,u2正半周时（A+，B-）,D1，D3通， D2，D4止；,D2，D4通， D1，D3止；,u2负半周时： （A-，B+）,uo1,uo2,9,例 在图中所示电路中，已知比压器副边电压有效值U2=30V，负载电阻RL=100。试问： （1）输出电压与输出电流平均值各为多少？ （2）当电网电压波动范围为10%，二极管的最大整流平均电流IF与最高反向工作电压UR至少应选取多少？,解：1. 输出电压平均值,输出电流平均值,2. 二极管的最大整流平均电流IF与最高反向工作电压UR分别应满足,10,u0,电源短路,桥式整流电路中，若D3断开、短路，反向会出现什么现象？,10.3 滤波电路,滤波原理:,交流电压经整流电路整流后

3、输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，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。,低通滤波,电容C:与负载并联 电感L:与负载串联,电容滤波,理想情况下桥式整流电容滤波电路输出波形：,考虑变压器内阻和二极管管压降时，在二极管导通期间输出电压略有下降。输出波形：,理想情况下半波整流电容滤波电路输出波形：,有电容时的输出波形,没有电容时的输出波形,滤波电容会使输出电压平均值增加。 输出电压的平滑程度和平均值与电容的放电时间常数RLC有关。 RLC越小，输出电压越低，输出电压中含纹波成分越大。,RLC大,RLC小,UO,UO,若空载（RL开路），输出波形如何？,脉动系数：,整流二极管导通角,无滤波电容时。 有滤波电容时 ，且二极管平均电流增大，故其峰值很大！（有效值大）,导通角,电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小且负载变动不大的场合。,18,例 在桥式整流电容滤波电路中，要求输出电压平均值UO（ AV ）=15V，

4、IO（ AV ）=100mA， UO（ AV ）=1.2U2。,求：滤波电容的大小，考虑到电网电压波动10%，滤波电容的耐压值。,解：,19,当回路电流减小时，感生电动势的方向阻止电流的减小，从而增大二极管的导通角。 电感对直流分量的电抗为线圈电阻，对交流分量的感抗为L。,适于大电流负载！,一. 电感滤波电路,10.3.3 其他形式的滤波电路,20,3） 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。,电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。,21,为获得更好的滤波效果，可采用各种复式滤波电路。,电感应与负载串联，电容应与负载并联。,22,10.4 稳压电路,一、稳压电路的性能指标,二、稳压管稳压电路,三、串联型稳压电路,四、集成稳压器,五、开关型稳压电路,23,一、稳压电路的性能指标,1. 输出电压 2. 输出电流 3. 稳压系数 表明电网电压波动时电路的稳压性能。 在负载电流不变时，输出电压相对变化量与输入电压变化量之比。,4. 输出电阻 表明负载电流变化时电路的稳压性能。 在电网电压不变时，负载变化引起的输出电压的变化

5、量与输出电流的变化量之比。,5. 纹波电压 测试出输出电压的交流分量。,24,稳压管稳压电路的性能指标,（1）输出电压 UOUZ （2）输出电流 IZmax IZmin IZM IZ （3）稳压系数,（4）输出电阻,简单易行，稳压性能好。适用于输出电压固定、输出电流变化范围较小的场合。,4. 特点,25,10.5 串联型稳压电路,10.5.1 串联型稳压电路的工作原理,一、基本调整管电路,调整管,稳压原理：,26,三. 串联型稳压电路的基本组成及其作用,调整管,取样电阻,调整管：是电路的核心，UCE随UI和负载产生变化以稳定UO。,比较放大,基准电压,基准电压：是UO的参考电压。,取样电阻： 对UO 的取样，与基准电压共同决定UO 。,比较放大：将UO 的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。,27,例电路如图所示，已知输入电压UI的波动范围为10%，调整管的饱和压降UCES=2V，输出电压UO的调节范围为520V， R1= R3=200 。试问： （1）稳压管的稳定电压UZ和R2的取值各为多少？ （2）为使调整管正常工作，在电网电压为220V时，UI的值至少应取多少？,解

6、： （1）输出电压最小值为：,最大值为,将UOmin =5V、 UOmax =20V、 R1= R3=200 代入上式，解二元方程，可得R2 =600 ， UZ =4V。,28,解： （2）,即,得出UI 24.7V，故UI至少应取25V。,实用串联型稳压电源,1. 标出集成运放的同相输入端和反相输入端； 2. 电路由哪些部分组成？ 3. UI21V，R1 R2 R3300，UZ6V， UCES3V， UO？ 4. 如何选取R和R？,输出电流取样电阻,30,10.5.3 集成稳压器电路,一、W7800三端稳压器, 常用的W7800和W7900系列三端集成稳压器（只有输入，输出和公共引出端）。,W78系列(输出正电压) W79系列(输出负电压),输出电压额定电压值有:,5V、9V、12V 、18V、 24V等 。,31,1.基本应用电路 （LM78XX/LM79XX）,输入与输出端之间的电压不得低于3V, UI：整流滤波后的直流电压；, CI：抵消输入线较长时引起的电感效应；, CO：消除输出中的高频噪声。,将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接负载电阻，构成串联型稳压电路。,使Co不通过稳压器放电,10.5.4 三端稳压器的应用,32,2.扩大输出电流的稳压电路,33,3.输出电压可调的稳压电路,34,输出电压可调的实用稳压电路,35,4.正、负输出稳压电路,二、W117可调三端稳压器（LM317/LM338/LM337,1.原理框图,等效于LM781.25,37,3.程序控制稳压电路,38,10.6 开关型稳压电路 1. 开关型稳压电源的特点,线性稳压电源：结构简单，调节方便，输出电压稳定性强，纹波电压小。缺点是调整管工作在甲类状态，因而功耗大，效率低（2049）；需加散热器，因而设备体积大，笨重，成本高。 若调整管工作在开关状态，则势必大大减小功耗，提高效率，开关型稳压电源的效率可达7098。体积小，重量轻。适于固定的大负载电流、输出电压小范围调节的场合。,降压电路（BUCK电路）,升压电路（BOOST电路）,

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