模电-康华光10课件.ppt
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1、 10.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路 10.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路*10.3 串联开关式稳压电路串联开关式稳压电路*10.4 直流变换型电源直流变换型电源 10.0 引言引言引言引言直流稳压电源的作用直流稳压电源的作用 将交流电网电压转换为直流电压,为放大电路提供直流工将交流电网电压转换为直流电压,为放大电路提供直流工作电源。作电源。组成组成各部分功能各部分功能变压器:变压器:整流:整流:滤波:滤波:稳压:稳压:end降压降压滤除脉动滤除脉动交流变脉动直流交流变脉动直流进一步消除纹波,提高电压的稳定性和带载能力进一步消除纹波,提高电压的稳定性和带载能力10.1 小
2、功率整流滤波电路小功率整流滤波电路10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路10.1.2 滤波滤波电路电路整流电路的任务:整流电路的任务:把交流电压转变为直流脉动的把交流电压转变为直流脉动的电压。电压。单相整流电路单相整流电路常见的小功率整流电路,有单相半波、全波、常见的小功率整流电路,有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。桥式和倍压整流等。为分析简单起见,把二极管当作理想元件处理,即为分析简单起见,把二极管当作理想元件处理,即二极管的正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。1 单相半波整流电路的工作原理单相半波整流电路的工作原理u2 0 时,二极管时
3、,二极管导通。导通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二极管正忽略二极管正向压降:向压降:uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止电流通路电流通路:A D1RLD3Bu20 时时D2,D4导通导通D1,D3截止截止电流通路电流通路:B D2RLD4A输出是脉动的直流电压!输出是脉动的直流电压!u2tt桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1tuou2D4D2D1D3RLuoAB1.工作原理工作原理10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电
4、性1.工作原理工作原理10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路3.纹波系数纹波系数tdtVV sin2120L2.VL和和ILLLLRVI 483.0L2L22 VVVKr222V 29.0 V L29.0RV 4.平均整流电流平均整流电流D3D1II D4D2II L2L45.021RVI 5.最大反向电压最大反向电压2RM 2VV 几种常见的硅整流桥外形:几种常见的硅整流桥外形:+A C -+-+-几种滤波电路几种滤波电路10.1.2 滤波滤波电路电路(a)电容滤波电路)电容滤波电路(b)电感电
5、容滤波电路(倒)电感电容滤波电路(倒L型)型)(c)型滤波电路型滤波电路 滤波电路滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联,或并联,或电感与负载电感与负载RL串联。串联。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原理:原理:利用储能元件利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压(或通过或通过电电感感中的电流中的电流)不能突变的特性不能突变的特性,滤掉整流电滤掉整流电路输出电压中的交流成份,保留其直流成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。份,达到平滑输出电压波形的目的。10.1.2 滤波滤波电路电路
6、电容滤波电路电容滤波电路1.RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+2.RL接入(且接入(且RLC较大)时较大)时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot电容通过电容通过RL放电,放电,在整流电路电压小在整流电路电压小于电容电压时,二于电容电压时,二极管截止,整流电极管截止,整流电路不为电容充电,路不为电容充电,uo会逐渐下降。会逐渐下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+
7、u2tuot电容充电时,电容电容充电时,电容电压滞后于电压滞后于u2。整流电路的整流电路的输出电流输出电流RLC越小,输出电越小,输出电压越低。压越低。3.RL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)au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+10.1.2 滤波滤波电路电路电容滤波的特点电容滤波的特点A.二极管的导电角二极管的导电角 ,流过二极管的瞬时电流很大。流过二极管的瞬时电流很大。B.负载直流平均电压负载直流平均电压 VL 升高升高 d=RLC 越大,越大,VL 越高越高C.直流电压直流电压 VL 随负载电流增加而减少随负载电流增加而减少当当 d (
8、3 5)时,时,2TVL=(1.1 1.2)V2一般取一般取2)53(TCRLd(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。(2)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故一般选管时,取故一般选管时,取LoLDFRUII21)32(2)32(电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(1)输出电压输出电压 Uo与放电时间常数与放电时间常数 RLC 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
9、值)愈大愈大输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻 RL 或或 C 的变化而改变的变化而改变,Uo 和和S 也随之改变。也随之改变。如如:RL 愈小愈小(IL 越大越大),Uo下降多下降多,S 增大。增大。结论:结论:电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流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。较小且负载变动不大的场合。(3)输出特性输出特性(外特性外特性)uo电容电容滤波滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4U20.9U20IL10.1.2 滤波滤波电路电路VL 随负载电流的变化随负载电流的变化end 电感滤波电感滤波电路结构电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式
10、整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。电感滤波电路电感滤波电路u2u1RLLuo一、滤波原理一、滤波原理对直流分量对直流分量:XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上。上。对谐波分量对谐波分量:f 越高,越高,XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。因此,因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。Uo=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时,输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时,输出平均电压约为:约为:u2u1RLLuo二、电感滤波的特点二、电感滤波的特点整流管导电角较大,峰值电流很小,输出
11、特整流管导电角较大,峰值电流很小,输出特性比较平坦,适用于低电压大电流性比较平坦,适用于低电压大电流(RL较小较小)的场的场合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。干扰。u2u1RLLuo 其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路改善滤波特性的方法:改善滤波特性的方法:采取多级滤波。如:采取多级滤波。如:L-C 型滤波电路:型滤波电路:在电感滤波后面再接一电容。在电感滤波后面再接一电容。RC 型滤波电路:型滤波电路:在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级RC滤滤波电路。波电路。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。性能及应用场合分别与电容滤
12、波和电感滤波相似。LC 型滤波电路:型滤波电路:在电容滤波后面再接在电容滤波后面再接L-C 型型滤波电路。滤波电路。uoRu2u1C1C2uo1 RL一、一、RC 型滤波电路型滤波电路设设uo1的直流分量为的直流分量为U O,交流分量的基波的幅,交流分量的基波的幅值为值为U O1m,则:,则:uo的直流分量:的直流分量:oLLoURRRUuoRu2u1C1C2uo1 RLuo的交流分量的基波的幅值:的交流分量的基波的幅值:moCLCLmoUjXRRjXRU1221)/()/(moLLLmoUCRRCRRRU122221)1()/(1通常选择滤波元件的参数使得:通常选择滤波元件的参数使得:)/(
13、12LRRCmoLLLmoURRCRRRU121)/(1moLLLmoUCRRCRRRU122221)1()/(1uo的脉动系数的脉动系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S 的关系:的关系:SRRCUURRCUUSLomoLomo)/(1)/(12121二、二、L-C 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoCRLuo1设设uo1的直流分量为的直流分量为U O,交流分量的基波的幅,交流分量的基波的幅值为值为U O1m,:,:29.0 UUUoo67.0SmoCLLCLmoUjXRjXjXRU11)/()/(moCLLCLmoUjXRjXjXRU11)/()/(通常选择滤波元件的参数使得:通常选择滤波
14、元件的参数使得:LRC1momoCLCmoULCUjXjXjXU121111uo的脉动系数的脉动系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S 的关系:的关系:SLCUULCUUSomoomo21211111三、三、LC 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoC2RLuo1C1显然,显然,LC 型滤波电路输出电压的脉动系型滤波电路输出电压的脉动系数比只有数比只有LC滤波时更小,滤波时更小,波形更加平滑波形更加平滑;由;由于在输入端接入了电容,因而较只有于在输入端接入了电容,因而较只有LC滤波滤波时,时,提高了输出电压提高了输出电压。请自行分析请自行分析LC 型滤波电路的输出电压和脉动系型滤波电路的输出电压
15、和脉动系数等基本参数。数等基本参数。*倍压整流电路的工作原理倍压整流电路的工作原理一、二倍压整流电路一、二倍压整流电路u2的正半周时:的正半周时:D1导通,导通,D2截止,理截止,理想情况下,电容想情况下,电容C1的电压充到:的电压充到:22Uu2的负半周时:的负半周时:D2导通,导通,D1截止,理截止,理想情况下,电容想情况下,电容C2的电压充到:的电压充到:22U负载上的电压:负载上的电压:222Uuo+u1u2+D1C2C1D2uoRL+22U二、多倍压整流电路二、多倍压整流电路+222Uu2的第一个正半周:的第一个正半周:u2、C1、D1构成回路,构成回路,C1充充电到:电到:22Uu
16、2的第一个负半周:的第一个负半周:u2、C2、D2、C1构成回路,构成回路,C2充电到:充电到:222UC1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6+22U+222U+222U+222U+222U+222UC1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二个正半周:的第二个正半周:u2、C1、C3、D3、C2构成回构成回路,路,C1补充电荷,补充电荷,C3充电到:充电到:222Uu2的第二个负半周:的第二个负半周:u2、C2、C4、D4、C3、C1构构成回路,成回路,C2补充电荷,补充电荷,C4充电到:充电到:222U把电容接在相应电容组的两端,即可获把电容接在相应
17、电容组的两端,即可获得所需的多倍压直流输出。得所需的多倍压直流输出。作业:10.1.3;10.1.510.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路10.2.1 稳压电源质量指标稳压电源质量指标10.2.2 工作原理工作原理10.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器10.2.4 三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用输出电压输出电压10.2.1 稳压电源质量指标稳压电源质量指标),(OIOTIVfV 输出电压变化量输出电压变化量TSIRVKVT OoIVO 输入调整因数输入调整因数00IOVO TIVVK电压调整率电压调整率00IOOVO%100/TIVVVS稳压系数稳压系数00IIOOO/T
18、IVVVV 输出电阻输出电阻00OOoI TVIVR温度系数温度系数00OI TVTTVS稳压电路稳压电路稳压管稳压管稳压电路稳压电路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)以下主要讨以下主要讨论线性稳压论线性稳压电路。电路。电路最简单,电路最简单,但是带负载能但是带负载能力差,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。串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路一、电路结构的一般形式一、电路结构
19、的一般形式1.串联式直流稳压电路的基本形式串联式直流稳压电路的基本形式负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大(化量扩大(1+)倍。)倍。TUORL+UZUIiRiZiL实际上是射极输出实际上是射极输出器,器,Uo=UZ-UBE。但带负载的能力比但带负载的能力比稳压管强。稳压管强。BZRiii,0BELiii)1(TUORL+UZUIiRiZiL串联式直流稳压电路的基本形式串联式直流稳压电路的基本形式两个主要缺点:两个主要缺点:(1)稳压效果不好。稳压效果不好。Uo=UZ UBE(2)输出电压不可调。输出电压不可调。改进的方法:改进的方法:在稳压
20、电路中引入带电压负在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。反馈的放大环节。串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。电路和调整元件四部分组成。T+_UIUO比较放大比较放大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+2.具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路T+_UIUO比较放大比较放大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+调整元件调整元件T:与负载串联,通过全部负载电流。可以与负载串联,通过全部负载电流。可以是单个功率管,复合管或用几个功率管并联。是单个功率管,复合管或用几
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