1、雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第七章 直流稳压电源第一节 直流稳压电源的组成及各部分作用 一、直流稳压电源的组成小功率稳压电源的组成可以用图表示，它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。有些电源还设有保护电路，以防止输出电流过大和器件温度过高而损坏电路。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、各部分作用1.电源变压器 把电网提供的交流电压（一般为220V或380V）变换为所需要的交流电压值。2.整流电路 利用整流元件，如二极管、晶闸管等，将交流电压变换为脉动的直流电压。3.滤波电路 利用电感、电容等储能元件，减小单向脉动
2、程度，把单向脉动电压变为平滑的直流电压。4.稳压电路 当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第二节 整流电路 将交流电转换成单向脉动直流电的过程称为整流。实现整流功能的电路称为整流电路。整流电路按输入电源相数分为单相整流电路和三相整流电路。单相整流电路用于小功率场合，三相整流电路用于大功率场合。晶体管电路多采用单相整流电路来作为电源。单相整流电路按电路结构可分为半波整流电路、全波整流电路、桥式全波整流电路、倍压整流电路和晶闸管整流电路；三相整流电路包括三相桥式整流电路、三相桥式可控整流电路。雅安职业技术学院机电
3、与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系一、半波整流电路（一）电路组成图7-2 半波整流电路图雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）工作原理 雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（三）基本参数1.整流输出直流电压和直流电流平均值 理论上可以证明，半波整流电路输出电压平均值为：2O(AV)45.0UU整流输出电流平均值为：L2LO(AV)O(AV)45.0RURUI2.整流二极管的参数(AV)D(AV)II整流二极管VD所承受的最大反向电压即为变压器次级电压的最大值：2Rmax2UU雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机
4、电与信息工程系二、全波整流电路（一）电路组成7-4 全波整流电路图 雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）工作原理图7-5 全波整流电路波形图雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（三）基本参数1.整流输出直流电压和直流电流平均值22(AV)0.9U45.02UU整流输出的电流平均值为：L2L(AV)(AV)9.0RURUI2.整流二极管的参数 L2(AV)D(AV)45.021RUII全波整流电路中，当某只二极管反向截止时，变压器次级电压全部加在这只二极管两端。所以整流二极管承受的最大反向电压为半波整流的二倍，即：2Rmax22UU综
5、上所述，全波整流具有比半波整流效率高、输出电压脉动小的特点。但全波整流要求电流变压器有两个次级绕组，这样既增大了变压器的体积，又增加了重量，而且二极管所承受的最大反向电压是半波整流的二倍，这是该电路的缺陷。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系三、桥式整流电路（一）电路组成桥式整流电路结构如图7-6（a）所示。四个二极管接成电桥形式，称为整流桥。图7-6 桥式整流电路及简化图雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（三）基本参数桥式整流输出直流电压和直流电流平均值，以及二极管的正向平均电流与全波整流电路相同，每个二极管所承受的最大反向电压为全波
6、整流电路的一半。2Rmax2UU雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系四、可控整流电路将交流电变为大小可调的直流输出的过程称为可控整流。可控整流电路有多种形式，如单相半波、单相全波、单相桥式、三相半波、三相桥式可控整流电路等。（一）电路组成单相桥式可控整流电路有全控整流和半控整流电路两种。这里只介绍单相桥式半控整流电路，其结构如图所示。从图中可看出，它是将桥式整流电路中的两个整流二极管用晶闸管代替。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）工作原理雅安职业技术学院机电与信息工程
7、系雅安职业技术学院机电与信息工程系（三）基本参数由式（7-10）可得，输出电流平均值为：2cos1RU 0.9L2LO(AV)O(AV)RUI通过晶闸管和二极管上的平均电流为：O(AV)D(AV)T(AV)21III晶闸管和二极管所承受的最高反向电压为：2Rmax2UU雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系五、三相整流电路 三相整流电路的类型很多，有三相半波、三相桥式全控、三相桥式半控等整流电路。其中三相桥式半控和全控电路是三相可控整流电路中性能比较优越，并普遍应用的两种典型电路。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信
8、息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第三节 滤波电路常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路等。一、电容滤波电路（一）电路组成电容滤波电路是在负载两端并联一个电容器，利用电容储存电能的特点实现滤波作用。桥式整流、电容滤波电路如图雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）工作原理图7-12 桥式整流电容滤波电路及输出波形雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（三）基本参数1.滤波后直流电压平均值 桥式（全波）整流电容滤波：2O2.1=UU当负载开路时，因电容上的电荷无放电回路，故：2O4.1=UU2.电容参数TCR)53(L半波整流电容
9、滤波：桥式（全波）整流电容滤波：2/)53(LTCR雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系3.电容滤波的特点 电路结构简单、输出电压较高且脉动小。但在接通电源的瞬间，将产生强大的充电电流，这种电流称为浪涌电流。如果负载电流太大，电容器放电的速度加快，会使负载电压变得不够平稳，所以只适用于负载电流较小的场合。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、电感滤波电路电感滤波电路就是在整流输出的后面，将一个电感线圈和负载串联，其结构如图所示如忽略电感器的电阻时，负载上的平均电压2O9.0=UU 与电容滤波相比，电感滤波的特点是二极管的导通时间长、峰值
10、电流较小。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第四节 稳压电路对于小功率电源，常采用晶体管组成的线性稳压电路，主要有硅稳压管、三极管组成的分立元件稳压电路和集成稳压电路，最简单的是硅稳压二极管稳压电路。一、稳压管稳压电路 稳压管稳压电路是利用稳压管在反向击穿时，端电压基本恒定的特性来稳定输出电压的。稳压管的特性曲线在反向击穿区十分陡峭，当稳压管两端电压稍有变化时，电流会发生很大变化。由以上分析可见，在稳压管稳压电路中，主要是利用稳压管的电流调节作用和限流电阻的电压调节作用来稳定输出电压的。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系第五节 开关电
11、源和逆变电源 直流稳压电源，按其内部电路工作模式可分为线性稳压电源和开关式稳压电源。开关式稳压电路，使调整管工作在开关状态，即调整管工作在饱和或截止两种状态。开关式稳压电路的种类很多，如按开关管与负载之间的连接方式可分为串联型和并联型；按启动开关管的方式可分为自激型和它激型；按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制型（PWM型）、脉冲频率调制型（PFW）和混合调制型。按电路结构可分为单管型、推挽型、半桥型和全桥型等。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系一、开关电源的工作原理（一）电路组成开关稳压电路的组成框图如图所示。它由六部分组成，其中，取样电路、比较电路和基准电路在组
12、成与功能上与普通的串联型稳压电路相同。所不同的是增加了开关控制器、开关调整管及续流滤波等电路。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系1.开关调整管 它采用大功率管，在开关脉冲的作用下，使调整管工作在饱和或截止状态，输出断续的脉冲电压，其波形如图（b）所示。2.滤波器 把矩形脉冲变成连续的平滑直流电压OU。3.开关时间控制器 控制开关导通时间的长短，从而改变输出电压的高低。下面以串联型开关电源为例介绍开关电源的工作原理。IonoffonoffonIO)/(=)+/()0+(=UTtttttUU雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）工作原理
13、串联型开关电路如图所示。该电路由开关管T、储能电路（包括电感L、电容C和续流二极管VD）和控制器组成。控制器可使开关管T处于开关状态，并可稳定输出电压。因此，将二极管VD称为续流二极管。电容C起滤波作用。当电感L中电流发生变化时，电容存储过剩电荷或补充缺少的电荷，从而减少输出电压 的纹波。OU雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系二、串联开关式稳压电源最简单的串联开关式稳压电路结构框图如图由分析可知，开关稳压电源 通过调整脉冲占空比来实现输出电 的稳定。一般开关稳压电源的开关频率在10100KHZ，产生的脉冲频率越高，所需要的滤波电容和电感的值就相对减少，因此，可以降
14、低开关稳压电源的成本并减小体积。OU雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系三、逆变电源的工作原理（一）逆变技术的概念和分类把直流电变成交流电的过程称为逆变，完成逆变功能的电路称为逆变电路，实现逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。现代逆变技术种类很多，按逆变器输出的交流频率可分为工频逆变、中频逆变、和高频逆变；按逆变器输出的相数可分为单相逆变、三相逆变和多相逆变；按逆变主电路的形式可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式逆变；按逆变主开关器件的类型可分为晶闸管逆变、晶体管逆变、场效应管逆变等；按控制方式可分为调频式（PFM）逆变和调脉宽式（PWM）逆变等。雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系（二）逆变电源工作原理逆变器工作框图如图图右是桥式逆变的工作原理雅安职业技术学院机电与信息工程系雅安职业技术学院机电与信息工程系四、晶闸管桥式逆变电路下图是由晶闸管组成的单相桥式逆变电路。只要控制四个晶闸管两两轮流导通和截止，就可在负载上得到交变电压。当负载为电感性负载时，电流滞后于电压，四个二极管为电流提供通路。
