1、直 流 电 源内容1 单相整流电路 2 滤波电路 3 倍压整流 4 稳压电路 5 集成稳压电路 6开关型稳压电路 电 源变压器整流电路滤波器稳压电路电网电压负载图10 1 直流电源的组成方框图 1 单相整流电路单相整流电路 1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路 1. 电路工作原理电路工作原理 LDODDORuiiiuuu2200002DODOiiuuu在负半周时, 二极管截止, 则VDuDuOiOiDuiu2OOOOiO iDuOuDttttsin22U22UL22RU22U22U(a)(b)23RLu2t图10 2 单相半波整流电路 2. 直流电压直流电压UO和直流电流和直流电流IO的计
2、算的计算 )(2120tduUOO在半波整流情况下 tUOusin20220tt)(sin22120ttdUUO2245. 02UUUO 此式说明, 在半波整流情况下, 负载上所得的直流电压只有变压器次级绕组电压有效值的45%。如果考虑二极管的正向电阻和变压器等效电阻上的压降, 则UO数值还要低。 在半波整流电路中, 二极管的电流等于输出电流, 所以LLODORURUII245. 0 3. 脉动系数脉动系数SOmOUUS1221UUmO57. 1222221UUUUSOmO 4. 选管原则选管原则 一般选管根据二极管的电流ID和二极管所承受的最大反向峰值电压URM进行选择, 即二极管的最大整流
3、电流IFID，二极管的最大反向工作电压 。 22UUURMR1.2 单相全波整流电路单相全波整流电路 1. 电路与工作原理电路与工作原理 为提高电源的利用率, 可将两个半波整流电路合起来组成一个全波整流电路, 如图10 - 3(a)所示。二极管VD1、VD2在正、负半周轮流导电, 且流过负载RL的电流为同一方向, 故在正、负半周, 负载上均有输出电压。 VD1uOiOiD1uiu2u2iD2VD2RLOOttOtOtOtOtu2234iD1iD2iOuOuD122UL22RUL22RUL22RU22U222U(a)(b)图 10 3 全波整流电路 2. 直流电压直流电压UO和直流电流和直流电流
4、IO的计算的计算 LLOOORURUIUUU2229 . 09 . 022 由输出波形可看出, 全波整流输出波形是半波整流时的两倍, 所以输出直流电压也为半波时的两倍, 即 3. 脉动系数脉动系数S 全波整流电路输出电压的基波频率为2, 求得基波最大值为67. 032223243242221UUSUUmO故脉动系数为 4.选管原则选管原则 ODII21选择管子时要求 ODFIII21 全波整流电路每管承受的反向峰值电压URM为u2的峰值电压的两倍,即222UURM因为无论正半周还是负半周, 均是一管截止, 而另一管导通, 故变压器次级两个绕组的电压全部加至截止二极管的两端。 选管时应满足222
5、UUR1.3 单相桥式整流单相桥式整流1. 电路与工作原理电路与工作原理 uOuiu2VD1VD2VD3VD4RLuOiOuORLVD1VD2VD3VD4uiuiRLu2(a)(b)(c)u2图10 4 桥式整流电路 OttOtOtOtO23422UL22RUL22RUL22RU22U22Uu2iOuOuD1iD1 , iD2iD3 , iD4tO图10 5 桥式整流电路波形图 2. 直流电压直流电压UO和直流电流和直流电流IO的计算的计算 LODLOORUIIRUIUU22245. 0219 . 09 . 03. 脉动系数脉动系数SS=0.67 4. 选管原则选管原则2221UUIIROF2
6、 滤滤 波波 电电 路路 uiu2VD1VD2VD3VD4RLuOiOC图图 10 6 桥式整流、电容滤波电路桥式整流、电容滤波电路 1. 空载时的情况空载时的情况 空载时RL, 设电容C两端的初始电压uC为零。接入交流电源后, 当u2为正半周时, VD1、VD2导通, 则u2通过VD1、 VD2对电容充电; 当u2为负半周时, VD3、VD4导通, u2通过VD3、VD4对电容充电。由于充电回路等效电阻很小, 所以充电很快, 电容C迅速被充到交流电压u2的最大值 。 此时二极管的正向电压始终小于或等于零, 故二极管均截止, 电容不可能放电, 故输出电压UO恒为 , 其波形如图10 - 7(a
7、)所示。22U22U2. 带电阻负载时的情况带电阻负载时的情况 t22Uu2uOu2uOtt(a)(b)(c)iDC 放电C 充电t1t2t3OOORL uO波形图 10 7 电容滤波波形 (1) 电容滤波以后, 输出直流电压提高了, 同时输出电压的脉动成分也降低了，而且输出直流电压与放电时间常数有关。 uO uC22URLC大RLC小RLCtO图10 8 RLC对电容滤波的影响 (2) 电容滤波的输出电压UO随输出电流IO而变化。 内阻0有内阻时IOUO22U0.9U2O图10 9 电容滤波电路的外特性 一般应选二极管 LOFRUI21) 32(实际工作中按下式选择滤波电容的容量2)53(T
8、CRL(10-19) 电容滤波整流电路, 其输出电压UO在 之间。当满足式(10 19)时, 可按下式进行估算229 . 02UU22 . 1 UUO1411TCRUUSLOmO脉动系数 2.2 其它形式的滤波电路其它形式的滤波电路 uiu2(a)C1C2UORLuiu2(b)C1C2UORLLR图10 10 型滤波电路 )/1 (/11222 21mOLLmOOLLOUCRCRRRUURRRU1211mOLLmOURCRRRU 设第二次滤波后, 负载上得到的直流分量和基波分量的幅值分别为UO和UO1m, 且存在如下关系: (10-23)式(10 - 23)简写为 当 LRC21时, 22LC
9、SS型滤波电路, 其输出直流电压UO的估算均与电容滤波相同22 . 1 UUOuiu2(a)UORLuiu2(b)CUORLLL图10 11 L、LC滤波电路 如果需要大电流输出, 或输出电流变化范围较大, 则可采用L滤波或LC滤波电路, 如图10 - 11所示。 表表 1 各种滤波器性能比较各种滤波器性能比较 外特性序号 性能 类型 (小电流) 适用场合 整流管的冲击电流 外特性 1电容滤波 1.2 小电流 大2RC -型滤波 1.2小电流 大 3LC -型滤波 1.2小电流大4L滤波 0.9大电流小5LC滤波 0.9适应性较强小2/UUO0.91.42OUUOIO 为了提高滤波效果, 可在
10、输出端再并上一个电容C, 组成LC滤波电路, 它在负载电流较大时或较小时均有较佳的滤波特性, 故LC对负载的适应力较强, 特别适合用于电流变化较大的场合。 L滤波和LC滤波电路的直流输出电压, 如忽略电感上的压降, 则输出直流电压等于全波整流的输出电压, 即29 . 0 UUO3 倍倍 压压 整整 流流 3.1 二倍压整流电路二倍压整流电路 uiu2 VD1VD2C1C2UO图10-12 二倍压整流电路 3.2 多倍压整流电路多倍压整流电路 VD1VD2VD3VD4uiu2VD5VD622U222U222U222U222U222UC2C4C6C5C3C1图10 13 多倍压整流电路 10.4
11、稳压电路稳压电路 10.4.1 稳压电路的主要指标稳压电路的主要指标 1. 稳压系数稳压系数Sr 常数LROOrUUUUS11/2. 稳压电路的输出电阻稳压电路的输出电阻rO 常数1UOOOIUr输出电阻可以衡量稳压电路受负载电阻的影响程度, 即 10.4.2 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路 RRLVDzIRUOUIIzILUIOUI(a)(b)图10 14 稳压管稳压电路 1. 稳压原理稳压原理 (1) 输入电压UI保持不变, 当负载电阻RL减小, IL增大时, 由于电流在电阻R上的压降升高, 输出电压UO将下降。由于稳压管并联在输出端, 由伏安特性可看出, 当稳压管两端的电压略有下降时,
12、 电流Iz将急剧减小,而IR=IL+Iz, 所以IR基本维持不变, R上的压降也就维持不变, 从而保证输出电压UO基本不变, 即RLILIRUOIzIR=IL+Iz UO (2) 负载电阻RL不变, 当电网电压升高时, 将使UI增加, 随之输出电压UO也增大, 由稳压管伏安特性可见, Iz将急剧增加, 则电阻R上的压降增大, UO=UI-UR, 从而使输出电压基本保持不变, 即 UIUOIzIRUR UO 2. 指标计算指标计算 (1) 稳压系数。按(10 - 28)式, 考虑UO/UI时, 可利用图10 - 15所示的等效电路(仅考虑变化量), 则UIRLRUOrz图10 15 稳压电路的交
13、流等效电路 zzLzLzOrRrRrRRrUU/1zzzOOrUUrRrUUUUS111当Rrz时 zzrUURrS1(2) 输出电阻rO。从图10 - 15可求得输出电阻为zzOrRrr/3. 限流电阻限流电阻R的选择的选择 (1) 当电网电压最高, 即为UI max, 且负载电流最小为时, 流过稳压管的电流最大, 其值不应超过Iz max, 即maxLzRUmaxmaxmaxmax1maxmaxmax1LzzLzzLzzRUIRUURIRURUU 【例1】 稳压电路如图10-14(a)所示, 稳压管为2CW14, 其参数是Uz=6V, Iz=10mA, Pz=200mW, rz15。整流滤
14、波输出电压UI=15V。 (1) 试计算当UI变化10%, 负载电阻在0.52k范围变化时, 限流电阻R值。 (2) 按所选定的电阻R值, 计算该电路的稳压系数及输出电阻。 解解mAUPIzzz336200maxmAIIzz10minVUUUUVUUUU5 .13%)101 (%105 .16%)101 (%10111max1111max1kRkR34. 05 . 06105 . 065 .1329. 02633265 .16即0.29kR0.34k, 可选R=320, 电阻的额定功率 WPR34. 0320)65 .16(2(2) 3 .1415/320/%1111. 06151532015
15、1zOzzzrrRrUUrRrS10.4.3 串联型稳压电路串联型稳压电路 比较放大辅助电源取样网络基准电压UOUIC1C2RLURFUOV调整元件IO过载或短路保护图10 16 串联型稳压电路原理框图UOUIV1RLR1R2IORcRzV2UR(a)UOUIV3RLR1R2IORcRz(b)V2V1URReUOUIVRLR1R2IORcRz(c)URFUOFUOFUOVDzVDzVDz图10-17 几种串联型稳压电路 1. 输出电压输出电压UO的计算及调节范围的计算及调节范围 OBURRRU2123ROORRRBEBEBURRRUURRRUUUUUU221212233UORLR1R2RcRz
16、V2V1URVDz1RWUIC2C1VDz2C3C4R4R5ReFUORARBV3uI220 Vu21u22IRUDz23BU3CI3CU1BU图10 18 具有辅助电源的稳压电路 【例2】 在图10 -18中VDz1稳压电压UDz1=UR=7V, 采样电阻RA=1k, RB=680, RW=200, 试估算输出电压的调节范围。 解解VURRRRRUVURRRRUzWBWBAOzBWBAO95.14768. 02 . 068. 02 . 0135.19768. 068. 02 . 01minmax2. 最大负载电流额定值的估算最大负载电流额定值的估算 VUVUUCBO7 . 07 . 031R
17、OBIII1max1cDzRORUII7 . 0211maxcDzRRUI7 . 023. 调整管的考虑调整管的考虑 (1) 对ICM的考虑。调整管中流过的最大集电极电流为 maxmaxIIIIOCCM(2) 对PCM的考虑。调整管可能承受的最大集电极功耗为maxminmax1maxmax1max)(COCCECIUUIUP)(maxminmax1IIUUPOOCM选管时要求: (3) 对击穿电压BUCE的考虑。当输出短路时, 输入最大电压UI max, 全加在调整管c、 e间, 所以 max1UBUCE(4) 采用复合调整管。 V2V1R接比较放大电路输出端图图10 19 采用复合调整管采用
18、复合调整管10.5 集成稳压电路集成稳压电路 10.5.1 基本应用电路基本应用电路 W78UOUIC2C10.3 F1 FRL312图图10 20 W78系列基本应用电路系列基本应用电路10.5.2 扩大输出电流的电路扩大输出电流的电路 W78UOUIRC2C1C3C40.33 F10 F25 F0.1 FRL200 VIOVD图10 21 扩大输出电流的电路10.5.3 扩大输出电压的电路扩大输出电压的电路 W78R1R2UUOUI312IQ图10 22 扩大输出电压的电路 10.5.3 扩大输出电压的电路扩大输出电压的电路 2122211RIURRRIRRUUUQQOURRUO121 图
19、中 R1上的电压为W78的标称输出电压U, 输出端对地的电压为 式中IQ为W78的静态工作电流, 通常IQR2较小, 输出电压近似为10.5.4 输出电压可调的电路输出电压可调的电路 W78UOR1R2UIC2C1UF007图10 23 输出电压可调电路 URRUO12110.6 开关稳压电路开关稳压电路 10.6.1 串联型开关稳压电源串联型开关稳压电源 串联型开关稳压电源是最常用的开关稳压电源。图10 - 24 为串联它激式单端降压型开关稳压电源的方框图和电路原理图。 开关调整管储能 滤波电路脉宽调制电压比较器三角波发生器比较放大器基准电压(振荡器)脉宽调制器取样电路(开关信号驱动器)UO
20、UI(a)图 10 -24串联型开关稳压电源的方框图及电路原理图 UOA2A1基准电压三角波发生器uTUIR1R2UFRLCVDLuEViLIO脉宽调制器(b)2Ou1Ou图 10 -24串联型开关稳压电源的方框图及电路原理图 1. 电路组成电路组成 2. 工作原理和稳压过程工作原理和稳压过程 (a)(b)(c)TtofftonUIuOIOUOiLIL maxIL minOOOuEttt图图 10 25 uE、 iL和和uO波形波形 1UTtUonOOOuuETTuTtttontoff(a)OOuuETuTtttontoff(b)OOuuETuTtttontoff(c)UIUIUI2Ou01O
21、u2Ou2Ou01Ou01Ou图图 10 26 UO变化引起占空比变化引起占空比D变化的自动稳压过程变化的自动稳压过程 (1) 正常情况下, 输出电压UO恒定不变, 即为该稳压器的标称值, 此时UF与UR应相等, uO1=0, A2比较器即为过零比较器, 此时uO2波形的占空比D=50%, 波形如图10-26(a)所示。 (2) 当输入电压UI或负载电流IO变化时, 将引起输出电压UO偏离标称值。由于负反馈的作用, 电路将自动调整而使UO基本上维持在标称值不变。稳压过程表示如下： UOUF(UFUR)uO10tontoff UO UO= D50%1UTtUonO3. 采用集成控制器的开关直流稳
22、压电源采用集成控制器的开关直流稳压电源 211667310895414131112V1V228 VR15 kR25 kR35 kR45 k0.1 FRT3 k0.02 FCTR52 kCR0.01 F50 kR60.1 68 150 VD500 FL0.9 mH15C图 10 27 用CW3524的开关稳压电源 10.6.2 并联型开关稳压电源并联型开关稳压电源 UORLCUIVVDL(a)KUIL()()i1RLVDC(b)KUIL()()i2RLVDC(c)图 10 28 并联型开关稳压电路简化图 2. 不用电源变压器的开关稳压电路不用电源变压器的开关稳压电路 n2VD3n3VD4n4VD5C7C8C9VD1VD2V1VDz6C1C2C3C4C5R1R3R2R4C6R5V3V2R7R8R10R9C10n5n1220 V6.5 V100 V35 VL1R6RWB图 10 29 并联开关稳压电路 1) 开关管V1的工作过程2) 储能滤波电路的工作原理3) 采样电路和比较放大器的工作过程
