1、6.1 直流電源的組成 6.2 整流電路 6.3 濾波電路 6.4 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 6.5 串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路 6.6 集成穩(wěn)壓電源 6.7 開關(guān)型穩(wěn)壓電路 6.8 可控整流電路,第6章 直流電源電路,6.1 直流穩(wěn)壓電源的組成：,1、電源變壓器 電網(wǎng)提供的交流電一般為220V（380V）,各種電子設(shè)備所需直流電源的幅值各不相同。 2、整流電路 將正、負(fù)交替的正弦交流電壓整流稱為單方向的脈動(dòng)電壓 。 3、濾波電路 將脈動(dòng)成分較大的直流電壓中的交流成分濾掉，使電壓波形變得更光滑。 4、穩(wěn)壓電路 濾波后，受電網(wǎng)電壓變化或負(fù)載變化的影響較大。使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)保持基本不變，

2、給負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電壓。,將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)直流電的電路； 按輸出波形可分為半波整流電路和全波整流電路。,6.2 整流電路,6.2.1 單相半波整流電路,二極管當(dāng)作理想元件;,1、工作原理,當(dāng)u2為正半周時(shí)，D導(dǎo)通，uo=u2 。 當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，D截止，uo=0 。,2、波形,3、參數(shù)計(jì)算,（1）負(fù)載電壓,（2）負(fù)載電流,（3）二極管的平均電流,（4）二極管的反向電壓最大值,6.2.2 單相橋式整流電路,單相半波整流電路只利用了電源的半個(gè)周期，并且整流電壓的脈動(dòng)較大。為此常采用全波整流電路，最常見的就是單相橋式整流電路。,1.工作原理,1.工作原理,1.工作原理,（1）u2為正半周時(shí)

3、,1、工作原理,D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止。,（2）u2為負(fù)半周時(shí),D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止。,2、波形,3、參數(shù)計(jì)算,（1）負(fù)載電壓,（2）負(fù)載電流,比半波整流時(shí)增加一倍,（3）二極管的平均電流 ID,（4）二極管的反向電壓最大值,是負(fù)載平均電流的一半。,單相橋式整流電路中的整流電橋可由四個(gè)整流二極管組成，也可直接用集成的整流橋塊代替。 目前封裝成一整體的各種規(guī)格的整流橋塊（硅整流組合管，又稱橋堆）已批量生產(chǎn)，其中，兩個(gè)引出端為交流電流輸入端，另兩個(gè)引出端為負(fù)載端。,例：設(shè)計(jì)一臺(tái)輸出電壓UO=36V，輸出電流IO=60mA的直流電源，電路形式可采用半波整流或全波整流，試確定兩種電路

4、形式的變壓器副邊繞組的電壓有效值，并選定相應(yīng)的整流二極管。,（1）當(dāng)采用半波整流電路,整流二極管承受的最高反向電壓為：,流過整流二極管的平均電流為：,因此可選用2CZ52D整流二極管，其最大整流電流為100mA，最高反向工作電壓為200V。,流過整流二極管的平均電流為：,整流二極管承受的最高反向電壓為：,（2）當(dāng)采用全波整流電路,變壓器副邊繞組電壓有效值為：,整流二極管承受的最高反向電壓為：,流過整流二極管的平均電流為：,因此可選用2CZ52C整流二極管，其最大整流電流為100mA，最高反向工作電壓為100V。,整流電路僅將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)的直流電壓。在一些特殊場(chǎng)合可直接用做電源，但通常都

5、要求采取措施，降低輸出電壓中的脈動(dòng)成分，這就是濾波。 6.3.1 電容濾波器,6.3 濾波電路,u2 uC時(shí)： 二極管導(dǎo)通，C充電,u2 uC時(shí)： 二極管截止，C放電,1、工作原理,uo,R為變壓器次級(jí)繞組的電阻值。,導(dǎo)通角,2、波形,二極管中將流過較大的沖擊電流，對(duì)管子的壽命不利，所以應(yīng)選用較大容量的管子。,3、參數(shù)計(jì)算,（1）一般常用如下經(jīng)驗(yàn)公式估算電容濾波使得輸出電壓平均值：,半波：Uo=U2 ; 全波：Uo=1.2U2,（2）輸出電壓U0的脈動(dòng)與放電時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān),一般取：,（3）二極管承受的反向電壓,半波： 全波：,（1）輸出電壓的直流成分提高了,（2）電容放電的時(shí)間常數(shù)= RL

6、C愈大，放電過程愈慢，導(dǎo)電角愈小則輸出電壓愈高，同時(shí)脈動(dòng)成分愈少，即濾波效果愈好。,橋式整流電容濾波器,結(jié)論：,（3）輸出電壓UO隨著輸出電流（負(fù)載）IO而變化-外特性,Io= 0時(shí)，即負(fù)載開路，,與無電容濾波時(shí)比較，輸出電壓隨負(fù)載電阻的變化有較大的變化，即外特性軟，或者說帶負(fù)載能力較差。,Io 增大時(shí)，即負(fù)載減小，放電快，UO減小。,外特性曲線,例：設(shè)計(jì)一單相橋式整流、電容濾波電路。要求輸出電壓UO=30V，已知負(fù)載電阻RL=100，交流電源頻率為50Hz，試 （1）選擇整流二極管 （2）選擇濾波電容器,因此可選擇2CZ53B作整流二極管,（1）選擇整流二極管,（2）選擇濾波電容器,6.3.

7、2 RC-形濾波電路,RC形濾波電路電路的缺點(diǎn)是在R上有直流電壓降，因而必須提高變壓器的二次電壓，而整流管的沖擊電流仍然比較大，同時(shí)由于R上產(chǎn)生壓降，外特性更軟，只適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合。,6.4 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,1、當(dāng)輸入電壓變化時(shí),2、當(dāng)負(fù)載變化時(shí),選擇穩(wěn)壓管時(shí)，一般取,優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，成本低 缺點(diǎn)： 受穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流的限制，負(fù)載電流不能太大；另外輸出電壓不可調(diào)且穩(wěn)定性不夠理想。,6.5 串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路,6.5.1 電路組成 采樣環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)和調(diào)整環(huán)節(jié),1、采樣環(huán)節(jié),將輸出電壓UO的一部分Uf送到放大環(huán)節(jié)。,2、基準(zhǔn)電壓,穩(wěn)壓電路提供一個(gè)穩(wěn)定的

8、基準(zhǔn)電壓UZ，作為調(diào)整、比較的標(biāo)準(zhǔn)。,3、比較放大環(huán)節(jié),將穩(wěn)定輸出電壓的變化量放大，送到調(diào)整管的基極。,4、調(diào)整環(huán)節(jié),Vl的基極電流IB1受比較放大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流IC1和集、射電壓UCEl改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)整穩(wěn)定輸出電壓的目的。,6.5.2 穩(wěn)壓原理,輸出電壓,其電路組成部分、工作原理及輸出電壓的計(jì)算與前述電路完全相同，唯一不同之處是放大環(huán)節(jié)采用集成運(yùn)算放大器而不是晶體管。,采用集成運(yùn)算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,6.6 集成穩(wěn)壓電源,集成穩(wěn)壓器的種類很多，目前國(guó)內(nèi)外使用最廣、銷售量最大的是三端集成穩(wěn)壓器。三端集成穩(wěn)壓器分為固定式和可調(diào)式兩種。三端固定式應(yīng)用最為普遍的是

9、W78和W79系列穩(wěn)壓器，型號(hào)的后兩位數(shù)字表示輸出電壓值。,W78系列為正電壓輸出的集成穩(wěn)壓器，輸出正電壓有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多種； W79系列為負(fù)電壓輸出的集成穩(wěn)壓器，若要獲得負(fù)輸出電壓選W79系列即可。 如W7805輸出+5V電壓，W7905則輸出5V電壓。,應(yīng)用時(shí)只需在輸入端和輸出端與地之間各并聯(lián)一個(gè)電容即可。前者抵消較長(zhǎng)輸入線的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。后者用于吸收負(fù)載突變所產(chǎn)生的電壓抖動(dòng)雜波。,1、正負(fù)電壓同時(shí)輸出的電路,輸出電壓Uo=U+UZ,2、提高輸出電壓的電路,3、擴(kuò)大輸出電流的電路,電路如圖所示，合理連線，構(gòu)成5V的直流電源。

10、,串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)壓性能好，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。 缺點(diǎn)：它的調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，功耗大，輸出效率低，只有2040；輸出電壓總是小于輸入電壓，兩者極性也只能是相同的。,為了提高效率，讓調(diào)整管工作在開關(guān)（飽和、截止）狀態(tài)開關(guān)式穩(wěn)壓電路,6.7 開關(guān)穩(wěn)壓電源（自學(xué)）,T開關(guān)管；LC濾波環(huán)節(jié)； D續(xù)流二極管， R1、R 2取樣電阻； 誤差放大器、電壓比較器、三角波發(fā)生器和基準(zhǔn)電源組成開關(guān)管的脈寬調(diào)制控制環(huán)節(jié)。,1 .脈寬調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu),當(dāng)S為高電平時(shí)，T飽和。uEU I。電感L儲(chǔ)存能量。二極管D反向截止。,2 .工作原理,當(dāng)S為低電平時(shí)，T截止。iE0。L產(chǎn)生反電勢(shì)，并

11、通過RL、D構(gòu)成的回路釋放能量。由于反電勢(shì)的存在，D處于導(dǎo)通狀態(tài)。uE0。,BJT的工作周期T為：,占空比為：,則輸出電壓的平均值為：,即：,穩(wěn)壓原理：,6.8 可控整流電路（自學(xué)）,電力電子學(xué)：是介于電力, 電子, 控制之間的邊緣學(xué)科 (1) 不控器件 器件的導(dǎo)通和關(guān)斷無可控功能。如整流二極管(D)。 (2) 半控器件 器件的導(dǎo)通可控,但關(guān)斷不可控。如普通晶閘管(T)。 (3) 全控器件 器件的導(dǎo)通和關(guān)斷均具可控的功能。如可關(guān)斷晶閘管(GTO) 、功率晶體管(GTR) 、功率場(chǎng)效晶體管(VDMOS)及絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。,6.8.1 晶閘管,晶閘管是在晶體管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種大功

12、率半導(dǎo)體器件。它的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴(kuò)展到強(qiáng)電領(lǐng)域。 晶閘管也像半導(dǎo)體二極管那樣具有單向?qū)щ娦?，但它的?dǎo)通時(shí)間是可控的，主要用于整流、逆變、調(diào)壓及開關(guān)等方面。,優(yōu)點(diǎn)： 體積小、重量輕、效率高、動(dòng)作迅速、維修簡(jiǎn)單、操作方便、壽命長(zhǎng)、 容量大（正向平均電流達(dá)千安、正向耐壓達(dá)數(shù)千伏）。,實(shí)物圖,1、基本結(jié)構(gòu),螺栓型晶閘管,晶閘管模塊,平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu),A:陽極 K:陰極 G:控制極（門極）,結(jié)構(gòu)圖,2、工作原理,（1）實(shí)驗(yàn)電路,UA 0， UG 無論取何值，燈泡不亮；,A和K之間的電壓陽極電壓UA， G和K之間的電壓觸發(fā)電壓UG 。,UA 0， UG =0，燈泡不亮；,UA 0， UG

13、 0，燈泡亮；,去掉控制極G正向電壓，燈泡亮。,由上述實(shí)驗(yàn)可以看出，晶閘管導(dǎo)通必須同時(shí)具備： 晶閘管陽極A與陰極K之間加正向電壓（UA0）； 同時(shí)晶閘管控制極G與陰極K之間加正向觸發(fā)電壓或正向觸發(fā)脈沖。,晶閘管導(dǎo)通后，控制極便失去作用。 依靠正反饋，晶閘管仍可維持導(dǎo)通狀態(tài)。,（2）等效電路,每一個(gè)晶體管的基極與另一個(gè)晶體管的集電極相連。,為說明其原理，晶閘管可看成是PNP和NPN型兩個(gè)晶體管的組合。,再次放大，循環(huán)下去，反復(fù)放大，形成強(qiáng)烈的正反饋，使三極管迅速進(jìn)入飽和狀態(tài)，即晶閘管導(dǎo)通。,控制極的作用僅僅是觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，導(dǎo)通后，控制極失去作用。若要晶閘管阻斷，必須使陽極電流減小到不能維持正反

14、饋的數(shù)值，晶閘管自行關(guān)斷，此時(shí)對(duì)應(yīng)的陽極電流稱為維持電流IH. 因此，晶閘管相當(dāng)于一個(gè)可控的單向?qū)ㄩ_關(guān)。 導(dǎo)通必須具備條件 （1）陽極A與陰極K之間加適當(dāng)?shù)恼螂妷篣A; （2）控制極G與陰極K之間加適當(dāng)?shù)恼蛴|發(fā)電壓UG 。在實(shí)際應(yīng)用中，常采用正向觸發(fā)脈沖。,結(jié)論：,3、 伏安特性,晶閘管的導(dǎo)通和截止由陽極電壓UA、電流IA及控制極電流IG決定，它們之間的關(guān)系用伏安特性曲線來表示。,當(dāng)UG=0(IG=0)， UA0時(shí) 只有很小的正向漏電流，晶閘管正向阻斷。當(dāng)UA增加到某一數(shù)值時(shí)，正向漏電流突然增大，晶閘管迅速從阻斷狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。此時(shí)的陽極電壓稱為正向轉(zhuǎn)折電壓UBO。,這種使晶閘管容易造

15、成正向擊穿，而使該元件損壞，不允許這種導(dǎo)通方式。,（1）正向特性,當(dāng)UG0時(shí)， 有控制電流通過，若此時(shí)在陽極A加正向電壓，晶閘管就會(huì)在低于正向轉(zhuǎn)折電壓UBO的某個(gè)值，由阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)。晶閘管導(dǎo)通后，通過很大的電流，這時(shí)管壓降很小，只有1V左右，與二極管的正向特性相似。,晶閘管的正常導(dǎo)通是受控制極電壓UG (或電流IG )控制的。 實(shí)際規(guī)定，當(dāng)晶閘管的UA=6V，能使元件導(dǎo)通的控制極最小電流（電壓）稱為觸發(fā)電流（電壓）。,導(dǎo)通后，若減小正向電壓UA，正向電流就逐漸減少。當(dāng)電流減小到某一數(shù)值時(shí)，晶閘管從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樽钄酄顟B(tài)，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的最小電流稱為維持電流IH 。,（2）反向特性 當(dāng)晶閘管

16、陽極加反向電壓，其反向特性亦與一般二極管相似，只有很小的反向漏電流，當(dāng)反向漏電流急劇增大時(shí)，所對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓UBR，,(1)正向重復(fù)峰值電壓UDRM 晶閘管控制極開路且正向阻斷情況下,可以重復(fù)加在晶閘管兩端的正向峰值電壓。 一般UDRM 比正向轉(zhuǎn)折電壓UBO低100V 。,(2)反向重復(fù)峰值電壓URRM 晶閘管控制極開路時(shí),可以重復(fù)加在晶閘管兩端的反向峰值電壓。 一般URRM 比反向轉(zhuǎn)折電壓|UBO|低100V 。,(3)正向平均電流 IF 環(huán)境溫度為40C及標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，晶閘管處于全導(dǎo)通時(shí)可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流的平均值。,4 . 主要參數(shù),如果正弦半波電流的最大值為Im

17、, 則,普通晶閘管IF為1A 1000A。,(4)維持電流 IH 在規(guī)定的環(huán)境和控制極斷路時(shí)，晶閘管維持導(dǎo)通狀態(tài)所必須的最小電流。,晶閘管型號(hào)及其含義,導(dǎo)通時(shí)平均電壓組別 共九級(jí), 用字母AI表示0.41.2V,額定電壓,用百位或千位數(shù)表示 取UFRM或URRM較小者,額定正向平均電流(IF),如KP5-7表示額定正向平均電流為5A,額定電壓為700V。,雙向晶閘管,特點(diǎn)：,相當(dāng)于兩個(gè)晶閘管反向并聯(lián)，兩者共用一個(gè)控制極。,符號(hào)：,通過控制電壓的控制可實(shí)現(xiàn)雙向?qū)ā?UA1UA2時(shí)，控制極相對(duì)于A2加正脈沖， 晶閘管正向?qū)?，電流從A1流向A2。,UA2UA1時(shí)，控制極相對(duì)于A2加負(fù)脈沖， 晶閘

18、管反向?qū)?，電流從A2流向A1。,6.8.2 可控整流電路,1、單相半波可控整流電路 （1） 電阻性負(fù)載,工作原理,u 0 時(shí)：,晶閘管不導(dǎo)通，,uo = 0， uT = u,若ug 0，,晶閘管導(dǎo)通，,uo = u ， uT = 0,若ug = 0，,6.8.2.1 可控整流電路,u 0 時(shí):,故稱可控整流。,晶閘管不導(dǎo)通，,uo = 0， uT = u,0,t1,0,t2,2,工作波形,t1加控制極信號(hào),控制角,導(dǎo)通角,通過改變控制極觸發(fā)脈沖的輸入時(shí)刻（移相），來改變輸出負(fù)載的電壓,u2的正半周，觸發(fā)脈沖ug到來時(shí)晶閘管導(dǎo)通，負(fù)載電壓uo=u2。u2下降到接近于零時(shí)晶閘管關(guān)斷。u2的負(fù)半周

19、，晶閘管反向阻斷。,整流輸出電壓及電流的平均值,由公式可知：,改變控制角，可改變輸出電壓Uo和Io 。,(2) 電感性負(fù)載與續(xù)流二極管,工作原理,當(dāng)電壓u過零后，由于電感反電動(dòng)勢(shì)的存在，晶閘管在一段時(shí)間內(nèi)仍 維持導(dǎo)通，失去單向?qū)щ娮饔谩?在電感性負(fù)載中 ,當(dāng)晶閘管剛觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電感元件上產(chǎn)生阻礙電流變化的感應(yīng)電勢(shì)(極性如圖)，電流不能躍變，將由零逐漸上升(見波形)。,O,t1,t2,2,工作波形（未加續(xù)流二極管）,u2經(jīng)過零值變負(fù)之后，只要eL大于u2，晶閘管繼續(xù)承受正向電壓，電流仍將繼續(xù)流通。只要電流大于維持電流，晶閘管就不會(huì)關(guān)斷，負(fù)載上出現(xiàn)了負(fù)電壓。當(dāng)電流下降到維持電流以下時(shí)，晶閘管才能會(huì)

20、關(guān)斷。,可見，在單相可控半波整流電路接電感性負(fù)載時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角將大于。負(fù)載電感愈大，導(dǎo)通角愈大，在一個(gè)周期中負(fù)載上負(fù)電壓所占比重就愈大，整流輸出電壓和電流的平均值就愈小。為了使晶閘管在電源電壓降到零值時(shí)能及時(shí)關(guān)斷，使負(fù)載上不出現(xiàn)負(fù)電壓，必須采取相應(yīng)措施。,解決的方法是在電感性負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)二極管。當(dāng)交流電壓u2過零值變負(fù)后，二極管因承受正向電壓而導(dǎo)通，于是負(fù)載上由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)eL產(chǎn)生的電流經(jīng)過這個(gè)二極管形成回路。因此這個(gè)二極管稱為續(xù)流二極管。這時(shí)負(fù)載兩端電壓近似為零，晶閘管因承受反向電壓而關(guān)斷。負(fù)載電阻上消耗的能量是電感元件釋放的能量。,u 0時(shí)： D反向截止，不影響整流電路工作。,（3）電感性負(fù)載(加續(xù)流二極管),+,工作波形(加續(xù)流二極管),iL,2,6.8.2.2 單相半控橋式整流電路,1、工作原理,T1和D2承受正向電壓; T2和D1承受反向電壓。,a,(1) u0,電流的通路為,若ug 0，,若ug = 0，,uo = 0,uo = u,T2和D1承受正向電壓; T1和D2承受反向電壓。,(2) u 0,電流的通路為,若ug 0，,若ug