1、電工電子學(xué)1101 直流穩(wěn)壓電源圖10.1.1為直流穩(wěn)壓電源的原理框圖。交流電源電壓經(jīng)整流變壓器變換為整流所需要的電壓，通過整流電路變換為單向脈動(dòng)的直流電壓，再由濾波電路濾除其中的交流分量，最后經(jīng)穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定的直流電壓。 圖10.1.1 直流穩(wěn)壓電源的原理框圖210.1.1 單相橋式整流電路將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的過程稱為整流。利用二極管的單向?qū)щ娦?，可用來組成整流電路。整流電路按所接交流電源的相數(shù)可分為單相整流電路和三相整流電路。單相整流電路又可分為半波、全波、橋式和倍壓整流等幾種電路形式。 （a）電路 （b）波形 圖10.1.2 單相橋式整流電路3單相橋式整流電路如圖10.1.2（a）所

2、示。變壓器將電網(wǎng)交流電壓 變換成整流電路所需要的交流電壓 ，設(shè) ，四只整流二極管D1D4聯(lián)結(jié)成電橋的形式，故稱為橋式整流電路， 是負(fù)載電阻。在U2的正半周（a點(diǎn)為正，b點(diǎn)為負(fù)），二極管D1、D3處于正向偏置而導(dǎo)通，D2、D4處于反向偏置而截止，電流的通路為 ，忽略二極管的正向壓降，負(fù)載上的壓降為 。2utUusin222LRbDDa3L1R2ouu 410.1.2 濾波電路整流電路的輸出電壓雖是方向不變的直流電壓，但仍有脈動(dòng)成分，即交流成分，為了減小輸出電壓的脈動(dòng)，必須在整流電路的輸出端加上濾波電路。（a）電路 （b）波形 圖10.1.3 單相橋式整流濾波電路510.1.3 穩(wěn)壓電路整流濾波電

3、路輸出電壓會(huì)隨交流電源電壓的波動(dòng)、負(fù)載的變化而變化，要得到穩(wěn)定的輸出電壓還需加上穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路通?？煞譃椴⒙?lián)穩(wěn)壓、串聯(lián)穩(wěn)壓、集成穩(wěn)壓電路。圖10.1.4 單相橋式整流、濾波、穩(wěn)壓電路6u由穩(wěn)壓管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路是最簡單的一種并聯(lián)穩(wěn)壓電路，其輸出電壓不可調(diào)，如圖10.1.4所示。經(jīng)整流濾波所得到的直流電壓 ，再經(jīng)過限流電阻 R和穩(wěn)壓管 構(gòu)成的穩(wěn)壓電路接到負(fù)載 上。IUZDLR7隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，集成穩(wěn)壓器得到迅速發(fā)展。將功能較為完善的穩(wěn)壓電路制作在一塊芯片上就構(gòu)成了集成穩(wěn)壓器。它具有體積小，重量輕，使用方便，可靠性高，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。集成穩(wěn)壓器的種類較多，下面僅介紹使用較多

4、的三端集成穩(wěn)壓器。 圖10.1.5 三端固定式集成穩(wěn)壓器外形圖8 三端集成穩(wěn)壓器因有輸入端，輸出端和公共端三個(gè)引出端而得名。如圖10.1.5所示。它有正電壓輸出的W7800和負(fù)電壓輸出的W7900兩大系列。輸出電壓有5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V等不同電壓規(guī)格，型號(hào)的后二位數(shù)值表示輸出電壓值，如W7815的輸出電壓為15V，W7909的輸出電壓為-9V。除了固定輸出的集成穩(wěn)壓器外，還有輸出電壓可調(diào)的三端可調(diào)穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓器使用時(shí)輸入端和輸出端各接有電容器 和 ，用來減小輸入輸出電壓的脈動(dòng)和改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。 一般在0.11F之間，如0.33F； 可用1F。如圖10.1.

5、6所示。9 （a） （b） 圖10.1.6 三端固定式集成穩(wěn)壓器的接法10集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)有：（1）輸出電壓 即集成穩(wěn)壓器的穩(wěn)定輸出電壓。（2）電壓調(diào)整率 又稱穩(wěn)壓系數(shù)，用輸出電壓的相對變化量與對應(yīng)的輸入電壓的相對變化量之比來表示，即（3）最小電壓差 為維持穩(wěn)壓所需要的 與 之差的最小值。（4）最大輸入電壓 保證穩(wěn)壓器正常工作的最大輸入電壓。（5）最大輸出電流 oUUSminoI)(UU IMUOMI11輸出固定正電壓和輸出固定負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路如圖10.1.7和圖10.1.8所示，實(shí)際應(yīng)用時(shí)要注意電容的極性。 圖10.1.7 輸出固定正電壓的電路12圖10.1.8 輸出固定負(fù)電壓的電路同時(shí)

6、輸出正、負(fù)電壓的電路如圖10.1.9所示。 圖10.1.9 同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路13當(dāng)所需的輸出電壓高于集成穩(wěn)壓器固定輸出電壓時(shí)，可采用圖10.1.10所示電路來提高輸出電壓?？梢?，電阻 R兩端電壓為穩(wěn)壓器的固定輸出電壓，穩(wěn)壓電路的輸出電壓為 圖10.1.10 提高輸出電壓的電路ZoUUU1410.2 晶閘管和可控整流電路 整流二極管整流電路的輸出電壓平均值Uo與輸入交流電壓有效值U2的比值固定不變。若想調(diào)節(jié)輸出直流電壓，只能通過改變變壓器副邊電壓u2來實(shí)現(xiàn)，是不可控整流電路。如果在電源和電路確定的前提下，任意調(diào)節(jié)直流輸出電壓，則需采用由晶閘管組成的可控整流電路。15u 晶閘管是晶體閘流管

7、的簡稱，也稱可控硅(SCR)，是一種大功率半導(dǎo)體器件。它具有容量大、電壓高、損耗小、控制方便等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于可控整流、逆變、交流調(diào)壓和開關(guān)等方面。它的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，因此，又稱電力電子器件。本節(jié)主要介紹目前應(yīng)用最多的可控整流與交流調(diào)壓電路的原理及應(yīng)用。1610.2.1 晶閘管 晶閘管的種類很多，除普通型晶閘管外，還有雙向型、逆導(dǎo)型、可關(guān)斷型和快速型等特種晶閘管。這里僅介紹普通型晶閘管的工作原理和特性。1. 基本結(jié)構(gòu)晶閘管是在晶體管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的大功率半導(dǎo)體器件。它由硅材料做成，是一種四層三端器件。如圖10.2.1(a)所示。四層半導(dǎo)體PNPN形成三個(gè)PN結(jié)J1

8、、J2和J3，最外層的P層和N層引出兩個(gè)電極，分別為陽極A和陰極K，中間的P層引出控制極（門極）G。晶閘管的電路符號(hào)如圖10.2.1(b)所示。172. 工作原理晶閘管是一個(gè)PNPN四層結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件，為了說明其工作原理，可以將其視為由一個(gè)PNP型晶體管T1和一個(gè)NPN型晶體管T2聯(lián)接而成。等效模型如圖10.2.2所示。18晶閘管的陽極與陰極之間電壓用UAK表示，控制極與陰極之間電壓用UGK表示。下面分幾種情況進(jìn)行分析。 （1）晶閘管加反向電壓當(dāng)UAK 0時(shí)，從圖10.2.1（a）晶閘管結(jié)構(gòu)圖可知，T1的發(fā)射結(jié)J1和T2的發(fā)射結(jié)J3均處于反偏置，無論UGK為何值，晶閘管均不導(dǎo)通，處于反向阻斷狀

9、態(tài)。19 （2）晶閘管加正向電壓 當(dāng)UAK 0時(shí)，若G、K之間開路，則控制極電流IG=0，因此IB2=0，T2不能導(dǎo)通，晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)，即正向阻斷狀態(tài)；若UGK0，則T2的發(fā)射結(jié)J3處于反偏置，使晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)；若UGK0且為某一適當(dāng)?shù)臄?shù)值，則滿足T1和T2的發(fā)射結(jié)正偏置，集電結(jié)反偏置，這時(shí)T1和T2均導(dǎo)通，UGK產(chǎn)生控制極電流IG，為T2提供基極電流IB2，IB2經(jīng)T2放大后形成集電極電流IC2，IC2=2IB2，IC2就是T1的基極電流IB1，IB1經(jīng)T1放大后形成較大的集電極電流IC1，故IC1=1IB1=12IB2，IC1又流入T2的基極再一次放大，形成正反饋，這樣循環(huán)下去

10、，使兩個(gè)晶體管迅速進(jìn)入飽和狀態(tài)，晶閘管導(dǎo)通。203. 伏安特性晶閘管的導(dǎo)通和阻斷是由陽極和陰極之間的電壓UAK、陽極電流IA及控制極電流IG控制的，IA與UAK之間的關(guān)系IA= f (UAK)即為晶閘管的伏安特性。如圖10.2.3所示。21 （1）正向特性當(dāng)UAK0時(shí)，晶閘管承受正向電壓，若控制極不加電壓，即IG=0，則晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，只有很小的正向漏電流，對應(yīng)正向特性的OA段。當(dāng)UAK增大到UBO時(shí)， J2結(jié)被擊穿，漏電流突然增大，曲線由A點(diǎn)跳到B點(diǎn)，晶閘管轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)，UBO稱為正向轉(zhuǎn)折電壓。這種導(dǎo)通是由正向擊穿造成的，容易造成晶閘管的損壞，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)避免。而當(dāng)控制極加正向電壓時(shí)

11、，轉(zhuǎn)折電壓減小，控制極電流越大，轉(zhuǎn)折電壓越低，如圖9.2.3所示。（2）反向特性 晶閘管的反向特性與二極管類似。當(dāng)UAK 0時(shí)，晶閘管承受反向電壓，處于阻斷狀態(tài)，只流過很小的反向漏電流，當(dāng)反向電壓UAK數(shù)值增大到UBR時(shí)，晶閘管反向擊穿，反向電流劇增，UBR稱為反向擊穿電壓。224. 主要參數(shù) 為了合理地選擇和正確地使用晶閘管，有必要了解晶閘管主要參數(shù)的意義。 （1）正向平均電流IF 在規(guī)定溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，晶閘管可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。 （2）維持電流IH 控制極斷開后，維持晶閘管通態(tài)所需最小電流。 23（3）正向重復(fù)峰值電壓UFRM 在晶閘管控制極開路和正向

12、阻斷情況下，可以重復(fù)加在晶閘管上的正向峰值電壓。UFRM為UBO的80%。 （4）反向重復(fù)峰值電壓URRM 在晶閘管控制極開路時(shí)，可以重復(fù)加在晶閘管上的反向峰值電壓。URRM為UBR的80%。24 10.2.2 可控整流電路在橋式整流電路中，若整流管由晶閘管組成即構(gòu)成可控整流電路。如果整流管全部采用晶閘管，則組成單相橋式全控整流電路，如圖10.2.4所示。若只采用兩只晶閘管，另外兩只用整流二極管，則組成圖10.2.5所示的是單相橋式半控整流電路。圖10.2.4 單相橋式全控整流電路 圖10.2.5 單相橋式半控整流電路 + uo - RL io T1 T2 T3 T4 + u2 - a b + uo - RL io T1 T2 D1 D2 + uo - a b 25 在圖10.2.4所示電路中，當(dāng)變壓器副邊電壓u2為正半周時(shí)，晶閘管T1、T4承受正向電壓。若在t= 時(shí)給T1和T4加一觸發(fā)脈沖uG，則T1和T4導(dǎo)通，電流通路為：aT1RLT4b，這時(shí)T2、T3均承受反向電壓而截止。當(dāng)u2過零時(shí)，T1、T4自行關(guān)斷。 同理，在u2負(fù)半周，T1、T4承受反向電壓而截止，晶閘管T2、T3承受正向電壓。若在t=+ 時(shí)給T2和T3加觸發(fā)脈沖uG，則T2和T3導(dǎo)通，電流通路為：bT2RLT3a 。當(dāng)u2過零時(shí)，T1、T4自行關(guān)斷。26可控整流電流的性能