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第十章直流電源 第十章直流電源 10 1直流電源的組成 10 2單相整流電路 10 4穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 10 5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 10 6開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路 10 3濾波電路 10 1直流電源的組成 直流電源的組成及各部分的作用 直流電源的組成及各部分的作用 改變電壓值通常為降壓 交流變脈動(dòng)的直流 減小脈動(dòng) 1 負(fù)載變化輸出電壓基本不變 2 電網(wǎng)電壓變化輸出電壓基本不變 直流電源是能量轉(zhuǎn)換電路 將220V 或380V 50Hz的交流電轉(zhuǎn)換為直流電 半波整流 全波整流 在分析電源電路時(shí)要特別考慮的兩個(gè)問(wèn)題 允許電網(wǎng)電壓波動(dòng) 10 且負(fù)載有一定的變化范圍 10 2單相整流電路 一 對(duì)整流電路要研究的問(wèn)題 二 單相半波整流電路 三 單相橋式整流電路 一 對(duì)整流電路要研究的問(wèn)題 1 電路的工作原理 即二極管工作狀態(tài) 電路波形的分析2 輸出電壓和輸出電流平均值 即輸出脈動(dòng)直流電壓和電流平均值的求解方法3 整流二極管的選擇 即二極管承受的最大整流平均電流和最高反向工作電壓的分析 為分析問(wèn)題簡(jiǎn)單起見(jiàn) 設(shè)二極管為理想二極管 變壓器內(nèi)阻為0 整流二極管的伏安特性 理想二極管的正向?qū)妷簽? 即正向電阻為0 反向電流為0 即反向電阻為無(wú)窮大 二 單相半波整流電路 1 工作原理 u2的正半周 D導(dǎo)通 A D RL B uO u2 u2的負(fù)半周 D截止 承受反向電壓 為u2 uO 0 2 UO AV 和IL AV 的估算已知變壓器副邊電壓有效值為U2 考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為 10 二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足 3 二極管的選擇 三 單相橋式整流電路 u2的正半周A D1 RL D3 B uO u2 u2的負(fù)半周B D2 RL D4 A uO u2 四只管子如何接 集成的橋式整流電路稱(chēng)為整流堆 1 工作原理 若接反了呢 2 輸出電壓和電流平均值的估算 3 二極管的選擇 考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為 10 二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足 與半波整流電路對(duì)二極管的要求相同 10 3濾波電路 一 電容濾波電路 二 電感濾波電路 三 倍壓整流電路 一 電容濾波電路 1 工作原理 按指數(shù)規(guī)律下降 濾波后 輸出電壓平均值增大 脈動(dòng)變小 C越大 RL越大 越大 放電越慢 曲線越平滑 脈動(dòng)越小 考慮整流電路的內(nèi)阻 2 二極管的導(dǎo)通角 導(dǎo)通角 無(wú)濾波電容時(shí) 有濾波電容時(shí) 且二極管平均電流增大 故其峰值很大 小到一定程度 難于選擇二極管 簡(jiǎn)單易行 UO AV 高 C足夠大時(shí)交流分量較小 不適于大電流負(fù)載 3 電容的選擇及UO AV 的估算 4 優(yōu)缺點(diǎn) 整流橋的簡(jiǎn)化畫(huà)法 二 電感濾波電路 當(dāng)回路電流減小時(shí) 感生電動(dòng)勢(shì)的方向阻止電流的減小 從而增大二極管的導(dǎo)通角 電感對(duì)直流分量的電抗為線圈電阻 對(duì)交流分量的感抗為 L 適于大電流負(fù)載 三 倍壓整流電路 分析時(shí)的兩個(gè)要點(diǎn) 設(shè) 負(fù)載開(kāi)路 電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài) u2負(fù)半周 u2加C1上電壓對(duì)C2充電 P D2 C2 A 最終 u2正半周C1充電 A D1 C1 B 最終 P 討論 已知變壓器副邊電壓有效值為10V 電容足夠大 判斷下列情況下輸出電壓平均值UO AV 1 正常工作 2 C開(kāi)路 3 RL開(kāi)路 4 D1和C同時(shí)開(kāi)路 5 D1開(kāi)路 10 2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 一 穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo) 二 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 一 穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo) 1 輸出電壓2 輸出電流3 穩(wěn)壓系數(shù)表明電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)電路的穩(wěn)壓性能 在負(fù)載電流不變時(shí) 輸出電壓相對(duì)變化量與輸入電壓變化量之比 4 輸出電阻表明負(fù)載電流變化時(shí)電路的穩(wěn)壓性能 在電網(wǎng)電壓不變時(shí) 負(fù)載變化引起的輸出電壓的變化量與輸出電流的變化量之比 5 紋波電壓測(cè)試出輸出電壓的交流分量 二 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 穩(wěn)定電壓UZ 穩(wěn)壓管的擊穿電壓穩(wěn)定電流IZ 使穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)的最小電流最大耗散功率PZM 允許的最大功率 PZM IZMUZ動(dòng)態(tài)電阻rz 工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí) rz U I昆明治療癲癇病專(zhuān)科醫(yī)院 1 穩(wěn)壓管的伏安特性和主要參數(shù) 2 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理 3 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo) 1 輸出電壓UO UZ 2 輸出電流IZmax IZmin IZM IZ 3 穩(wěn)壓系數(shù) 4 輸出電阻 簡(jiǎn)單易行 穩(wěn)壓性能好 適用于輸出電壓固定 輸出電流變化范圍較小的場(chǎng)合 4 特點(diǎn) 5 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) 1 UI的選擇UI 2 3 UZ 2 穩(wěn)壓管的選擇UZ UOIZM IZ ILmax ILmin 3 限流電阻的選擇保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞 電網(wǎng)電壓最低且負(fù)載電流最大時(shí) 穩(wěn)壓管的電流最小 電網(wǎng)電壓最高且負(fù)載電流最小時(shí) 穩(wěn)壓管的電流最大 若求得Rmin Rmax 怎么辦 若求得R 200 300 則該取接近200 還是接近300 為什么 討論 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) 依次選擇穩(wěn)壓管 UI R C U2 二極管1 輸出電壓 負(fù)載電流 穩(wěn)壓管2 輸出電壓 UI3 輸出電壓 負(fù)載電流 穩(wěn)壓管電流 UI R4 UI R 濾波電路的等效負(fù)載電阻 C5 UI U26 U2 R中電流 整流二極管 已知輸出電壓為6V 負(fù)載電流為0 30mA 試求圖示電路的參數(shù) 昆明癲癇病醫(yī)院昆明治療癲癇病昆明癲癇病專(zhuān)科醫(yī)院昆明治療癲癇病醫(yī)院昆明治療癲癇病專(zhuān)科醫(yī)院昆明最好的癲癇病醫(yī)院昆明羊角風(fēng)醫(yī)院昆明治療羊角風(fēng)昆明治療羊角風(fēng)醫(yī)院昆明羊角風(fēng)專(zhuān)科醫(yī)院昆明治療羊角風(fēng)專(zhuān)科醫(yī)院昆明最好的羊角風(fēng)醫(yī)院昆明軍海醫(yī)院昆明軍海腦科醫(yī)院昆明軍海醫(yī)院腦科 10 3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 一 基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路 二 具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 三 集成穩(wěn)壓器 三端穩(wěn)壓器 為了使穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出大電流 需要加晶體管放大 穩(wěn)壓原理 電路引入電壓負(fù)反饋 穩(wěn)定輸出電壓 一 基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路 不管什么原因引起UO變化 都將通過(guò)UCE的調(diào)節(jié)使UO穩(wěn)定 故稱(chēng)晶體管為調(diào)整管 若要提高電路的穩(wěn)壓性能 則應(yīng)加深電路的負(fù)反饋 即提高放大電路的放大倍數(shù) 1 穩(wěn)壓原理 若由于某種原因使UO增大 2 輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍 同相比例運(yùn)算電路 則UO UN UB UO 二 具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成及其作用 調(diào)整管 取樣電阻 調(diào)整管 是電路的核心 UCE隨UI和負(fù)載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定UO 比較放大 基準(zhǔn)電壓 基準(zhǔn)電壓 是UO的參考電壓 取樣電阻 對(duì)UO的取樣 與基準(zhǔn)電壓共同決定UO 比較放大 將UO的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較后放大 決定電路的穩(wěn)壓性能 4 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管的選擇 IEmax IR1 ILmax ILmax ICMUCEmax UImax UOmin U BR CEOPTmax IEmaxUCEmax PCM 根據(jù)極限參數(shù)ICM U BR CEO PCM選擇調(diào)整管 應(yīng)考慮電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流的變化 討論一 對(duì)于基本串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論 3 若電網(wǎng)電壓波動(dòng) 10 UI為28V UO為10V 20V 晶體管的電流放大系數(shù)為50 PCM 5W ICM 1A 集成運(yùn)放最大輸出電流為10mA 則最大負(fù)載電流約為多少 1 若UO為10V 20V R1 R3 1k 則R3和UZ各為多少 2 若電網(wǎng)電壓波動(dòng) 10 UO為10V 20V UCES 3V UI至少選取多少伏 0 9U2 UOmax UCES 應(yīng)取幾個(gè)極限值求出的負(fù)載電流最大值中最小的那個(gè)作為電源的性能指標(biāo) 最大負(fù)載電流 討論二 關(guān)于實(shí)用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論 1 標(biāo)出集成運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端 2 電路由哪些部分組成 3 UI 21V R1 R2 R3 300 UZ 6V UCES 3V UO 4 如何選取R 和R 輸出電流取樣電阻 討論三 關(guān)于實(shí)用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論 5 取樣電阻的取值應(yīng)大些還是小些 為什么 它們有上限值嗎 6 若電路輸出紋波電壓很大 則其原因最大的可能性是什么 7 根據(jù)圖中過(guò)流保護(hù)電路的原理組成一種限流型過(guò)流保護(hù)電路 其電流應(yīng)大于調(diào)整管的穿透電流 電路可能產(chǎn)生了自激振蕩 三 集成穩(wěn)壓器 三端穩(wěn)壓器 輸出電壓 5V 6V 9V 12V 15V 18V 24V輸出電流 1 5A W7800 0 5A W78M00 0 1A W78L00 1 W7800系列 1 簡(jiǎn)介 2 基本應(yīng)用 消除高頻噪聲 使Co不通過(guò)穩(wěn)壓器放電 抵銷(xiāo)長(zhǎng)線電感效應(yīng) 消除自激振蕩 將輸入端接整流濾波電路的輸出 將輸出端接負(fù)載電阻 構(gòu)成串類(lèi)型穩(wěn)壓電路 3 輸出電流擴(kuò)展電路 為使負(fù)載電流大于三端穩(wěn)壓器的輸出電流 可采用射極輸出器進(jìn)行電流放大 很小 三端穩(wěn)壓器的輸出電壓 若UBE UD 則 二極管的作用 消除UBE對(duì)UO的影響 4 輸出電壓擴(kuò)展電路 IW為幾mA UO與三端穩(wěn)壓器參數(shù)有關(guān) 隔離作用 基準(zhǔn)電壓 2 基準(zhǔn)電壓源三端穩(wěn)壓器W117 輸出電壓UREF 1 25V 調(diào)整端電流只有幾微安 減小紋波電壓 討論三 W117的應(yīng)用 1 R1的上限值為多少 2 UO可能的最大值為多少 3 輸出電壓最小值為多少 4 UOmax 30V 選取R1 R2 5 已知電網(wǎng)電壓波動(dòng) 10 輸出電壓最大值為30V UI至少取多少伏 決定于IOmin 兩種情況 1 已知UI2 自己選取UI 決定于W117的輸出 輸入電壓最低 輸出電壓最高時(shí) UImin UOmax 3V 根據(jù)輸出電壓表達(dá)式 10 4開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路 一 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)和基本原理 二 串聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路 三 并聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路 一 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)及基本原理 線性穩(wěn)壓電源 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 調(diào)節(jié)方便 輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng) 紋波電壓小 缺點(diǎn)是調(diào)整管工作在甲類(lèi)狀態(tài) 因而功耗大 效率低 20 49 需加散熱器 因而設(shè)備體積大 笨重 成本高 若調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài) 則勢(shì)必大大減小功耗 提高效率 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的效率可達(dá)70 95 體積小 重量輕 適于固定的大負(fù)載電流 輸出電壓小范圍調(diào)節(jié)的場(chǎng)合 構(gòu)成開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的基本思路 將交流電經(jīng)變壓器 整流濾波得到直流電壓 控制調(diào)整管按一定頻率開(kāi)關(guān) 得到矩形波 濾波 得到直流電壓 引入負(fù)反饋 控制占空比 使輸出電壓穩(wěn)定 AC DC AC DC 二 串聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路 T截止 D導(dǎo)通 uE UD L釋放能量 C放電 T D均工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài) T飽和導(dǎo)通 D截止 uE UI L儲(chǔ)能 C充電 uB UH時(shí) uB UL時(shí) 1 電路組成及工作原理 2 波形分析及輸出電壓平均值 關(guān)鍵技術(shù) 大功率高頻管 高質(zhì)量磁性材料穩(wěn)壓原理 若某種原因使輸出電壓升高 則應(yīng)減小占空比 3 穩(wěn)壓原理 脈沖寬度調(diào)制式 PWM電路作用 UO Ton UO 其它控制方式 脈沖頻率調(diào)制式 UO T 脈寬不變 UO 混合調(diào)制式 UO T Ton UO 在串聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路中UO UI 故為降壓型電路 三 并聯(lián)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路 升壓型 T截止 L產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì) D導(dǎo)通 UI與L所產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)相加對(duì)C充電 T飽和導(dǎo)通 L儲(chǔ)能 D截止 C對(duì)負(fù)載放電 uB UH時(shí) uB UL時(shí) 要研究調(diào)整管在飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)下電路的工作情況 1 工作原理 2 輸出電壓 只有L足夠大 才能升壓 只有C足夠大 輸出電壓交流分量才足夠小 在周期不變的情況下 uB占空比越大 輸出電壓平均值越高 討論 1 什么樣的電子設(shè)備適于用開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源作能源 2 在開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源中 調(diào)整管的開(kāi)關(guān)信號(hào)頻率高些好還是低些好 為什么 3 在開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源中是否可不用電源變壓器而直接進(jìn)行整流 為什么 4 如何使開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路輸出電壓有較小的調(diào)節(jié)范圍