直流稳压电源原理与设计课件.ppt
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- 直流 稳压电源 原理 设计 课件
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1、 直流稳压电源的原理与设计直流稳压电源的原理与设计 直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用电源变压器电源变压器:把:把220V电网电压降至所需电压。电网电压降至所需电压。整流电路整流电路:把交流电压转换成脉动的直流电压。:把交流电压转换成脉动的直流电压。滤波电路滤波电路:减小脉动使输出电压平滑。:减小脉动使输出电压平滑。稳压电路稳压电路:在电网电压波动或负载电流变化时保持输:在电网电压波动或负载电流变化时保持输 出出电压基本不变。电压基本不变。纯电阻负载半波整流电压波形纯电阻负载半波整流电压波形u1u2aTbDRLuouDu2uouD t 2 3 4 0u2 0二极管导通二极
2、管导通uo=u2u20二极管截止二极管截止uo=0 整流与滤波电路整流与滤波电路-半波整流半波整流u1u2aTbDRLuouDiouo 2 0 t纯电阻负载半波整流参数纯电阻负载半波整流参数2220200045. 02sin22121UUttdUtduULLRURUI/45. 0/200002022257.122sin21IIItdtIImm2IID00IID22UUDRM直流电压反向电压直流电流有效值电流二极管电流u1u2aTbD1RLuoD2u2io单相全波整流电压波形单相全波整流电压波形u2uouD1 t 2 3 4 0uD2+0 :uD2 = 2u2+ 整流与滤波电路整流与滤波电路-全
3、波整流全波整流单相全波整流主要参数单相全波整流主要参数u1u2aTbD1RLuoD2u2iouo 2 0 t22200009 . 022)(sin21)(1UUttdUtduULLRURUI/9 . 0/2000021IID0257. 1DDIII222UUDRMu1u2TD3D2D1D4RLuo桥式整流电路波形桥式整流电路波形 整流与滤波电路整流与滤波电路-桥式整流桥式整流uo 2 0 t正半周正半周D1、D4 导通,导通, D2 、D3截止截止负半周负半周D2、D3 导通,导通, D1 、D4截止截止桥式整流电路参数u1u2TD3D2D1D4RLuouo 2 0 t22200009 . 0
4、22)(sin21)(1UUttdUtduULLRURUI/9 . 0/2000021IID22UUDRM057. 1DDII 0257. 12DII S定义:定义:整流输出电压的基波峰值整流输出电压的基波峰值Uo1M与与Uo平均值之比。平均值之比。S越小越好。越小越好。脉动系数脉动系数6703222324221.UUUUSoMo用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttUuouo 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值输出电压平均值输出电压平均值全波整全波整流电路流电路桥式整桥式整流电路流电路半波整半
5、波整流电路流电路290 U.LRU.29022U571.670.22ULRU.24502450U.290 U.LRU.290670.222U)AV(OU)AV(OIS2maxRULRU.2450LRU.2450LRU.2450)AV(DI整流电路性能的简单对比整流电路性能的简单对比 二、滤波电路二、滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压RLLRLCRLLu2tuot只有整流电路输出电压只有整流电路输出电压大于大于uc时,才有充电电时,才有充电电流。因此二极管中的电流。因此二极管中的电流是脉冲波。流是脉冲波。二极管中
6、的电流二极管中的电流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC1. 电容滤波电路电容滤波电路uot当当u2上升到上升到 大于电容上的电压大于电容上的电压uc,u2对电容充电,充电时间常数对电容充电,充电时间常数t= rd C很小很小,每次都能充满每次都能充满uo= uc 当当u2下降到下降到 小于电容上的电压时。小于电容上的电压时。二极管承受反向电压而截止。电二极管承受反向电压而截止。电容容C通过通过RL放电,放电, uc按指数规律按指数规律下降,时间常数下降,时间常数t t = RL C比较大比较大,放电慢放电慢.22 Uu2tuot电容充电时,电容充电时,电容电压滞后电容电压滞后于于u2。
7、RLC越小,输越小,输出电压越低。出电压越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入(且接入(且RLC较大)时较大)时 (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻)一般取一般取)105(TCRL(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL(b) 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大RLC 越大越大 Uo越高越高负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大(2)电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(a) 输出电压输出电压 平均值平均值Uo与时间常数与时间常数 RLC
8、 有关有关RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大(c) 二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压22UURM串联式稳压电路串联式稳压电路稳压电路的作用稳压电路的作用: :交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压稳压电源类型稳压电源类型:以下主要讨以下主要讨论线性稳压论线性稳压电路。电路。稳压二极管稳压二极管稳压电源稳压电源开关型开关型稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路( (小功率设备小功率设备) )电路最简单,电路最简单,但是带负载能但是带负载能力
9、差,一般只力差,一般只提供基准电压,提供基准电压,不作为电源使不作为电源使用。用。效率较高,效率较高,目前用的也目前用的也比较多,但比较多,但因学时有限,因学时有限,这里不做介这里不做介绍。绍。一一. . 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 利用稳压二极管的利用稳压二极管的反向击穿特性。反向击穿特性。 由于反向特性陡直,由于反向特性陡直,较大的电流变化,只较大的电流变化,只会引起较小的电压变会引起较小的电压变化。化。 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路1. 1. 稳压原理稳压原理(1) (1) 当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压根据电路图可知根据电路图可知ZLR+=I
10、IIRIVVVVVRIRIZO= 输入电压输入电压VI的增加,的增加,必然引起必然引起VO的增加,即的增加,即VZ增加,从而使增加,从而使IZ增加,增加,IR增加,使增加,使VR增加,从而增加,从而使输出电压使输出电压VO减小。这一减小。这一稳压过程可概括如下:稳压过程可概括如下: VIVOVZIZIRVRVO 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 这里这里VO减小应理解为,由于输入电压减小应理解为,由于输入电压VI的增加,的增加,在稳压二极管的调节下,使在稳压二极管的调节下,使VO的增加没有那么大而的增加没有那么大而已。已。VO还是要增加一点的,这是一个有差调节系统。还是要增加一点的,这
11、是一个有差调节系统。2.2.稳压电阻的计算稳压电阻的计算稳压二极管的动态电阻越小,稳压电阻稳压二极管的动态电阻越小,稳压电阻R越大越大,稳压性能越好。稳压性能越好。稳压电阻稳压电阻R 的作用的作用将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化,将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化,从而起到调节作用,同时从而起到调节作用,同时R也是限流电阻。也是限流电阻。 显然显然R 的数值越大,较小的数值越大,较小IZ的变化就可引起足够大的的变化就可引起足够大的VR变变化,就可达到足够的稳压效果。化,就可达到足够的稳压效果。 但但R 的数值越大,就需要较大的输入电压的数值越大,就需要较大的输入电压VI值,损耗就要值
12、,损耗就要加大。加大。稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿特性的动态电阻有关,与稳压电阻穿特性的动态电阻有关,与稳压电阻R的阻值大的阻值大小有关。小有关。稳压电阻的计算如下稳压电阻的计算如下 当当输入电压最小,负载电流最大输入电压最小,负载电流最大时,流过稳压二极时,流过稳压二极管的电流最小。此时管的电流最小。此时I IZ Z不应小于不应小于I IZminZmin,由此可计算出,由此可计算出稳稳压电阻的最大值压电阻的最大值,实际选用的稳压电阻应小于最大值。,实际选用的稳压电阻应小于最大值。即即LmaxZminZIminmax=IIVVR(1)(
13、1)稳压二极管在使用时稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻,不一定要串入限流电阻,不能使它的功耗超过规定值,能使它的功耗超过规定值,否则会造成损坏!否则会造成损坏!LminZmaxZImaxmin=IIVVRmaxminRRR 当当输入电压最大,负载电流最小输入电压最大,负载电流最小时,流过时,流过 稳压二极管的电流最大。此时稳压二极管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax,由,由 此可计算出此可计算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即。即(2)(2)三三. . 串联型稳压电源串联型稳压电源1. 1. 串联型稳压电源的构成串联型稳压电源的构成 VO =VI- -V
14、R,当当VIR VR在一定程度在一定程度上抵消了上抵消了VI增加对输出电压的影增加对输出电压的影响。响。若负载电流若负载电流ILRVR在在一定程度上抵消了因一定程度上抵消了因IL增加,使增加,使VI减小,对输出电压减小的影响。减小,对输出电压减小的影响。 串联稳压电源示意图串联稳压电源示意图 串联稳压电源示意图串联稳压电源示意图 在实际电路中,可变电阻在实际电路中,可变电阻R R是用一个三极管来是用一个三极管来替代的,控制基极电位,从而就控制了三极管的替代的,控制基极电位,从而就控制了三极管的管压降管压降VCE,VCE相当于相当于VR。 串联型稳压电路方框图串联型稳压电路方框图串联型稳压电源的
15、构成:串联型稳压电源的构成:调整管、放大环节、比较环节、基准电压源调整管、放大环节、比较环节、基准电压源2.2.工作原理工作原理1 1输入电压变化时输入电压变化时VIVOVfVO1VCEVO实质:实质:电压负反馈电压负反馈2 2负载电流变化时负载电流变化时ILVIVOVfVO1VCEVOQvCE/ViC/mAQ3.3.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算REF2321O)+(1=VRRRRV可见,调节可见,调节R2可以改变输出电压。可以改变输出电压。根据根据“虚短虚短”VfVREFoVo32132f=VFVRRRRRV VREFVfoFVFVV稳压原理稳压原理UoUB2UBE2=(UB
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