第8章-直流稳压电源.ppt

模拟电子技术,第8章 直流稳压电源,本章主要内容 8.1 本章任务的导入 8.2 相关的理论知识 8.3 相关的基本技能 本 章 小 结,8.2 相关的理论知识,8.2.1 概述 交流电压经过整流、滤波电路后，实现了直流电压，但是仍存在较小的交流分量，使输出的直流电压并不稳定，且随电网电压的波动和温度的变化而变化显然，只经过整流、滤波环节产生的直流电源，不适合用于要求直流效果较高的电子设备，要使电子设备或电子电路稳定可靠地工作，一般在滤波电路和负载之间加稳压环节，以达到稳压供电的目的 8.2.1.1 直流稳压电源的基本组成,图7-2 直流稳压电源组成框图及各部分电路波形,,,,滤波 电路,整流 电路,稳压 电路,,负 载,变压 器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,交流 电源,,UI,UO,u1,u2,单向脉动电压,全波整流,直流电源的组成,电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定8.2.3 单相整流电路将交流电变成单方向脉动直流电的过程称为整流，利用二极管的单向导电性实现整流是最简单的办法。

整流电路有以下几种：按电源相线数可分为单相整流电路和三相整流电路；按输出波形可分为半波整流电路和全波整流电路；按所用器件可分为二极管整流电路和晶闸管整流电路；按电路结构可分为桥式整流电路和倍压整流电路 8.2.3.1 单相半波整流电路 1.电路的组成和工作原理,图1-24 单相半波整流电路,单相半波整流电路如图1-24所示，由变压器、整流二极管D和负载电阻组成变压器将电网的正弦交流电变成，设,,,图1-25 半波整流电路中电压、电流的波形图,当变压器次级交流电压瞬时极性如图1-24中所示时，二极管导通，电流流过串联回路，在负载电阻上得到上正下负的直流电压 ；若变压器次级交流电压瞬时极性和图中所示相反，则二极管截止，回路中无电流，负载两端无电压下一个交流电正半周来到，二极管又导通……周而复始，在负载两端就得到了如图1-25所示的电压、电流波形图单相半波整流电路,优点：使用元件少缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低3.二极管的选择,2.负载上直流电压和电流值的估算,负载两端的直流电压的平均值为:,负载中流过的平均电流为：,在单相半波整流电路中，二极管中流过的电流等于输出电流的值，所以在选用二极管时，二极管的最大整流电流应满足,二极管在其截止的半个周期内，承受的反向电压最大值为,所以二极管的最高反向工作电压应满足,。

单相全波整流电路 全波整流电路是在半波整流电路的基础上加以改进而得到的利用具有中心抽头的变压器与两个二极管配合，使两个二极管在正半周和负半周内轮流导电，而且二者流过RL的电流保持同一方向，从而使正、负半周在负载上均有输出电压单相全波整流电路的输出平均电压为,流过负载的平均电流为,二极管所承受的最大反向电压,图1-27 单相桥式整流电路,1.2.3.2 单相桥式整流电路 1.电路组成及工作原理 电路如图1-27所示，电路中的四只二极管可以是分立的，也可以使用内部有四个二极管的桥堆在电压的负半周，B点为正，A点为负，二极管、正向导通，、反向截止，导电线路为在负载上得到的是单一方向的脉动直流电压和电流,这种直流电不能直接供给对直流电要求较高的场合桥式整流电路中各处的电压和电流的波形如图1-28所示设二极管为理想二极管，在电压的正半周，A点为正，B点为负，、正向导通，、反向截止，导电线路为；,截止,,RL,io,,,,,,,,,,,,,,,,,,D4,D3,D2,D1,+ u2 ,+ uo ,,,+u1,单相桥式整流电路工作原理,u2正半周：,D1和D3导通，D2和D4截止截止,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,+ uo ,u2负半周：,D2和D4 导通， D1和D3截止。

工作波形图,,,在桥式整流电路中，,输出直流电压：,脉动系数：,二极管正向平均电流：,二极管最大反向峰值电压：,图1-28 桥式整流电路电压、电流波形图,2.负载上直流电压和电流值的估算 输出的直流电压 输出平均电流,3.二极管的选择,,管子的最大整流电流为,管子的最高反向工作电压为,,,,注意：整流电路中的二极管是作为开关运用的整流电路既有交流量，又有直流量，通常对: 输入（交流）—用有效值或最大值；输出（交直流）—用平均值；整流管正向电流—用平均值；整流管反向电压—用最大值单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中例1-2 有一单相桥式整流电路，要求输出40V的直流电压和2A的直流电流，交流电源电压为220V，试选择整流二极管 解：变压器次级电压的有效值为,二极管承受的最高反向电压为,二极管的平均电流为,可选择最大整流电流大于1A，最高反向电压大于62.8V的二极管单相整流电路的主要参数,思 考 题 1.单相半波整流电路与单相桥式整流电路有何不同点？ 2.单相桥式整流电路中整流二极管在选取时有何要求？ 1.2.4 滤波电路 整流后得到的直流电是脉动直流电，这种直流电脉动系数比较大，不能直接作为电子电路的供电电源，必须采取一些措施减小输出电压中的交流成分，使其输出电压接近理想的直流电压。

可采用滤波电路完成此功能常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等 1.2.4.1 电容滤波电路 1.电容滤波电路的组成及工作原理,图1-30 单相半波整流电容滤波电路,如图1-30所示为一单相半波整流电容滤波电路，由于电容C隔直流通交流，C旁路交流，直流通过负载，加之电容两端电压不能突变，于是负载上得到不会突变的平滑的直流输出电压，达到滤波的目的滤波电路的滤波过程及波形如图1-31所示图1-31 单相半波整流电容滤波电路的滤波过程及波形,(1)空载时的情况 若初始电容电压uC=0，t=0时接通电源，于是u2通过VD(正半周)给C充电由于没有放电回路，故C很快充到u2的峰值，即，且保持不变,无脉动2)负载时的情况 若初始电容电压uC=0，t=0时接通电源，在u2的正半周时，二极管VD导通，忽略二极管的正向电压降，则uo=u2，这个电压一方面给电容C充电，一方面产生负载电流iO，电容C上的电压与u2同步增长，当u2达到峰值后，开始下降，uC>u2，二极管截止2.输出直流电压的估算 半波整流电容滤波电路： 桥式整流电容滤波电路： 3.负载电流及二极管的平均电流 半波整流电容滤波电路： 桥式整流电容滤波电路： 4.二极管与滤波电容的选择 (1)二极管的选择 在电容滤波电路中，二极管的导通时间变短，在导通电流平均值不变的情况下，导通电流的峰值大大增加了。

最在整流电流应满足以下条件：,,,,,,,(2)电容的选择 对于滤波电容的数值，在可能情况下，数值越大，滤波效果越好半波整流电容滤波电路:,桥式整流电容滤波电路：,,,最高反向工作电压应满足：,半波整流电容滤波电路:,桥式整流电容滤波电路：,,,5.电容滤波电路的特点,半波整流电容滤波电路:,桥式整流电容滤波电路：,,,图1-33 单相桥式整流电感滤波电路,1.2.4.2 电感滤波电路,利用储能元件电感器Ｌ的电流不能突变的性质，在整流电路的负载回路中串联一个电感，使输出电流波形较为平滑因为电感对直流的阻抗小，交流的阻抗大，因此能够得到较好的滤波效果而直流损失小反电动势是由于线圈受到磁场的影响而对原电动势产生的一个相对抗的电动势当电感中通过交变电流时，电感两端便产生出一反电势阻碍电流的变化：当电流增大时，反电势会阻碍电流的增大，并将一部分能量以磁场能量储存起来；当电流减小时，反电势会阻碍电流的减小，电感释放出储存的能量这就大大减小了输出电流的变化，使其变得平滑，达到了滤波目的电感滤波电路中电感L愈大，RL愈小，则滤波效果愈好，所以电感滤波适用于负载电流比较大且变化比较大的场合电感滤波电路的特点 （1）电感滤波电路适用于大电流负载。

（2）电感滤波电路的外特性比较硬 （3）由于电感有延长整流管导电管电角的趋势，因此电流的波形比较平滑，避免了在整流管中产生较大的冲击电流图1-34 复式滤波电路,1.2.4.3 复式滤波电路,电感滤波和LC 滤波电路克服了整流管电流较大的缺点，外特性比较硬，与电容滤波相比， UO(AV)较低，体积、重量大为增加LC-∏型滤波电路输出电压的脉动系数比仅有LC滤波时更小，波形更加平滑输出直流电压提高了缺点是整流管的冲击电流比较大，外特性比较软RC – П 型滤波电路 优点：可进一步降低输出电压的脉动系数 缺点： R上有直流压降；整流管的冲击电流仍比较大；外特性比电容滤波更软，只适用于小电流的场合图1-35 桥式整流电容滤波电路,解：根据关系式UO=1.2U2，只有第2种情况是正常工作状态，其余都为不正常工作例1-3 在图1-35所示的桥式整流电容滤波电路中，已知电压U2=20V，如果在测量负载两端电压UO时，出现以下5种情况： ①UO=28V;②UO=24V;③UO=20V;④UO=18V;⑤UO=9V直流稳压电源的组成框图及各部分电路波形,电网电压,电源 变压器,整流电路,滤波器,稳压电路,负载,,,,,,,,,,,,,,,电网电压的波动,,UI (Uo)变化,稳压电路,负载的变化,,Uo基本不变化,如没稳压电路环节, 即整流滤波的输出UI直接为Uo,负载的变化,如有稳压电路环节, 即整流滤波的输出为UI, 稳压电路的输出为Uo,电网电压的波动,8.2 相关的理论知识,8.2.1.2 稳压电源的性能指标及测试方法 1.纹波电压 简单讲：纹波就是一个直流电压中的交流成分。

直流电压本来应该是一个固定的值， 但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的，由于滤波不干净，就会有剩余的交流成分，即使是用电池供电也会因负载的波动而产生波纹事实上，即便是最好的基准电压源器件，其输出电压也是有波纹的 狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分 2.稳压系数Sr 稳压系数Sr反映电网电压波动时对稳压电路的影响定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比8.2 相关的理论知识,3.输出电阻Ro 输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻 4.纹波抑制比Srip 在规定的纹波频率（例如50HZ）下，输入电压中的纹波电压UiP-P与输出电压中的纹波电压UoP-P之比,注意：噪声不同于纹波纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，也用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的1%左右纹波噪声是二者的合成，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的2%以下,由于稳压管VS与负载并联，故称并联型稳压电路，也称为硅稳压管稳压电路。

电路中R为限流电阻，用来限制通过稳压二极管VS的电流，起保护稳压二极管的作用，VS工作在反向击穿区8.2.2 稳压管组成的并联型稳压电路 8.2.2.1 并联型稳压电路的组成及工作原理 1.电路组成,图7-3 稳压管稳压电路,硅稳压管的伏安特性,在反向击穿区，流过稳压管的电流发生很大变化，两端电压基本不变8.2 相关的理论知识,2.工作原理 1)当稳压电路的输入电压UI保持不变，负载RL减小，负载电流IL增大，必然引起IR的增加，即UR增加，从而使输出电压UO将减小，稳压管两端的电压UZ也减小，流过稳压管的电流IZ迅速减小，流过R的电流IR也减小，R上的压降UR减小又会使输出电压UO上升，于是输出电压保持稳定不变，这一稳压过程如下：,。