第4章 电源电路精选文档.ppt

第4章电源电路本讲稿第一页，共四十四页直流稳压电源电路的组成和工作原理直流稳压电源电路的组成和工作原理1变压器：将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。2整流电路：将交流电压变换成为单向脉动电压。3滤波器：减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。4稳压环节：克服电网波动或负载变化引起的输出电压的变化，从而使输出电压保持稳定。本讲稿第二页，共四十四页41单相整流和滤波电路v4.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路v1.工作原理：工作原理：本讲稿第三页，共四十四页41单相整流和滤波电路v2.负载上电压和电流的平均值计算：负载上电压和电流的平均值计算：单相半波整流负载电压的大小常用一个周期的平均值表示单相半波整流负载电压的大小常用一个周期的平均值表示:负载上电流的平均值为负载上电流的平均值为 本讲稿第四页，共四十四页41单相整流和滤波电路v3.整流二极管参数选择整流二极管参数选择v在单相半波整流电路中，流过二极管的电流与流过负载的电流是相同的，即在单相半波整流电路中，流过二极管的电流与流过负载的电流是相同的，即v二极管截止时承受的最高反向电压为二极管截止时承受的最高反向电压为v整流二极管的选择应按如下原则整流二极管的选择应按如下原则：(1)二极管的最大整流电流应大于二极管的工作电流，即二极管的最大整流电流应大于二极管的工作电流，即 (2)二极管的最高反向工作电压应大于二极管截止时承受的最高反向电压，即二极管的最高反向工作电压应大于二极管截止时承受的最高反向电压，即本讲稿第五页，共四十四页41单相整流和滤波电路v4.1.2 单相桥式整流电路单向导电性单相桥式整流电路单向导电性v1.电路的组成及工作原理电路的组成及工作原理 桥式整流电路如图所示桥式整流电路如图所示本讲稿第六页，共四十四页41单相整流和滤波电路4.1.2 单相桥式整流电路单向导电性单相桥式整流电路单向导电性1.电路的组成及工作原理电路的组成及工作原理本讲稿第七页，共四十四页41单相整流和滤波电路2.负载上电压和电流的平均值计算负载上电压和电流的平均值计算3整流二极管参数选择整流二极管参数选择集成硅桥堆集成硅桥堆 本讲稿第八页，共四十四页41单相整流和滤波电路4.1.3 滤波电路滤波电路整流电路虽然都可以把交流电转换为直流电，但是所得到的输出电压是单向整流电路虽然都可以把交流电转换为直流电，但是所得到的输出电压是单向脉动电压。在某些设备（例如电镀、蓄电池充电等场合）中，这种电压的脉脉动电压。在某些设备（例如电镀、蓄电池充电等场合）中，这种电压的脉动是允许的。但是在大多数电子设备中，电路中都要加接滤波器，以改变输动是允许的。但是在大多数电子设备中，电路中都要加接滤波器，以改变输出电压的脉动程度。出电压的脉动程度。1.电容滤波电路（电容滤波电路（C滤波器）滤波器）桥式整流电容滤波电路如图所示桥式整流电容滤波电路如图所示电容滤波电路的输出波形如图所示电容滤波电路的输出波形如图所示 本讲稿第九页，共四十四页41单相整流和滤波电路4.1.3 滤波电路滤波电路2.电感电容滤波电路（滤波器）电感电容滤波电路（滤波器）为为了减小了减小输输出出电压电压的脉的脉动动程度，在程度，在滤滤波波电电容之前串接一个容之前串接一个铁铁心心电电感感线线圈圈，这样就组成这样就组成 了电感电容滤波器，如图所示。了电感电容滤波器，如图所示。由于通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中要产生自感电动势阻碍电流的变化，因而使负载电流和由于通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中要产生自感电动势阻碍电流的变化，因而使负载电流和负载电压的脉动大为减小。频率愈高，电感愈大，滤波效果愈好。负载电压的脉动大为减小。频率愈高，电感愈大，滤波效果愈好。本讲稿第十页，共四十四页4.2连续调整型直流稳压电路4.2.1硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路最简单的直流稳压电路是采用硅稳压二极管来稳定电压，如图所示。最简单的直流稳压电路是采用硅稳压二极管来稳定电压，如图所示。其其稳压过稳压过程如下：程如下：当当电电网波网波动动而而负载负载不变时，若电网电压上升，则不变时，若电网电压上升，则本讲稿第十一页，共四十四页4.2连续调整型直流稳压电路4.2.1硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路选择稳压选择稳压管管时时，一般取，一般取当电网稳定而负载变化时当电网稳定而负载变化时,若负载减小，则若负载减小，则本讲稿第十二页，共四十四页422串联型线性稳压电路串联型线性稳压电路4.2连续调整型直流稳压电路设设为为 整流整流滤滤波波电电路的路的输输出出电压电压，即，即稳压电稳压电路的路的输输入入电压电压。当。当电电网网电压电压或或负载电负载电阻的阻的变变化使化使输输出出电压电压 升高时，其稳压过程如下：升高时，其稳压过程如下：本讲稿第十三页，共四十四页423三端集成稳压器三端集成稳压器4.2连续调整型直流稳压电路随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件，其中三端集成稳压器应用最随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件，其中三端集成稳压器应用最为普遍。三端集成稳压器的型号很多，常用的有输出为固定正电压为普遍。三端集成稳压器的型号很多，常用的有输出为固定正电压W78XX系列；系列；输出为固定负电压输出为固定负电压W79XX系列。系列。本讲稿第十四页，共四十四页423三端集成稳压器三端集成稳压器4.2连续调整型直流稳压电路三端集成稳压器的应用电路：三端集成稳压器的应用电路：1.正、负电压同时输出的电路，如图所示正、负电压同时输出的电路，如图所示本讲稿第十五页，共四十四页2.提高输出电压的电路，如图所示，图中，为W78XX稳压器的固定输出电压，显然423三端集成稳压器三端集成稳压器4.2连续调整型直流稳压电路本讲稿第十六页，共四十四页4.2连续调整型直流稳压电路3.扩大输出电流的电路，如图所示扩大输出电流的电路，如图所示 423三端集成稳压器三端集成稳压器本讲稿第十七页，共四十四页*43开关调整型直流稳压电源431 开关调整型稳压电源结构框图开关调整型稳压电源结构框图本讲稿第十八页，共四十四页4 43 32 2 串联型开关电路串联型开关电路*43开关调整型直流稳压电源串串联联型开关型开关电电路如路如图图所示，所示，电电路由开关管路由开关管 、储能电路（包括电感、储能电路（包括电感 、电容、电容 续流二极管续流二极管V）及控制器组成。控制器可使）及控制器组成。控制器可使 处于开处于开/关状关状态并可稳定输出电压。态并可稳定输出电压。当当T饱和导通时，由于电感饱和导通时，由于电感L的存在，流过的存在，流过T的电流近似线性增加，线性增加的电流的电流近似线性增加，线性增加的电流给负载供电的同时也给储能（上产生左给负载供电的同时也给储能（上产生左“正正”右右“负负”的感应电动势），的感应电动势），V截止。截止。当截止时，由于电感中的电流不能突变当截止时，由于电感中的电流不能突变（上产生左（上产生左“负负”右右“正正”的感应电动势）的感应电动势），V导通，于是储存在电感上的能量逐渐导通，于是储存在电感上的能量逐渐释放并提供给负载，使负载继续有电流通释放并提供给负载，使负载继续有电流通过，因而过，因而V为续流二极管。为续流二极管。LC组成滤波电组成滤波电路，当路，当L和和C值取得足够大时，流过电感值取得足够大时，流过电感L的电流是连续的，并且大小变化不大，输的电流是连续的，并且大小变化不大，输出电压也就基本平滑。出电压也就基本平滑。本讲稿第十九页，共四十四页44晶闸管可控整流电路可控整流电路的作用是把交流电变换为电压值可以调节的直流电，其中晶闸管可控整流电路是最常用的一种。4.4.1单向晶闸管的基本知识单向晶闸管的基本知识1单向晶闸管的结构单向晶闸管的结构单向晶闸管是由四层半导体单向晶闸管是由四层半导体P1、N1和和P2、N2重叠构成，重叠构成，中间形成中间形成3个个PN结。最外层结。最外层的的P1和和N2分别引出阳极分别引出阳极A和和阴极阴极K，中间的，中间的P2层引出控层引出控制极制极G。外形、结构及符号。外形、结构及符号如图所示。如图所示。本讲稿第二十页，共四十四页 2单向晶闸管的特点单向晶闸管的特点44晶闸管可控整流电路4.4.1单向晶闸管的基本知识单向晶闸管的基本知识（1）当晶闸管的阳极与阴极之间加反向电压时，无论控制极是否加电压，）当晶闸管的阳极与阴极之间加反向电压时，无论控制极是否加电压，晶闸管均不会导通，称为反向阻断。当晶闸管的阳极与阴极之间加正向晶闸管均不会导通，称为反向阻断。当晶闸管的阳极与阴极之间加正向电压，控制极不加电压时，晶闸管也不会导通，称为电压，控制极不加电压时，晶闸管也不会导通，称为正向阻断正向阻断。（2）当晶闸管的阳极与阴极之间加正向电压，控制极与阴极之间加适当的）当晶闸管的阳极与阴极之间加正向电压，控制极与阴极之间加适当的触发电压时，晶闸管处于触发电压时，晶闸管处于导通状态导通状态，且导通后管子的压降很小，只有，且导通后管子的压降很小，只有1V左右。左右。单向晶闸管一经导通后，即使触发信号消失，单向晶闸管仍能保持导通状态。单向晶闸管一经导通后，即使触发信号消失，单向晶闸管仍能保持导通状态。（3）只有单向晶闸管两端所加正向电压降低到某一最小值或加反向电压时，）只有单向晶闸管两端所加正向电压降低到某一最小值或加反向电压时，单向晶闸管才转为单向晶闸管才转为关断状态。关断状态。本讲稿第二十一页，共四十四页3单向晶闸管的主要参数单向晶闸管的主要参数44晶闸管可控整流电路4.4.1单向晶闸管的基本知识单向晶闸管的基本知识（1）额定平均电流IT：在规定的条件下，晶闸管允许通过的50Hz正弦半波电流的平均值。（2）正向断态重复峰值电压UDRM：指门极开路，晶闸管结温为额定值，允许重复施加在晶闸管上的正向峰值电压。（3）反向重复峰值电压URRM：指门极开路，晶闸管结温为额定值，允许重复施加在晶闸管上的反向峰值电压。（4）维持电流IH：指维持晶闸管导通的最小电流。（5）控制极触发电压UGT和触发电流IGT：在规定的条件下，加在控制极上的可以使晶闸管导通的所必须的最小电压和电流。（6）正向平均压降UT：指在规定的条件下，当通过的电流为其额定电流时，晶闸管阳极、阴极间电压降的平均值。单向晶闸管的选取主要是按两个条件：第一个条件是要求单向晶闸管的UDRM或URRM的较小值应大于23倍电路正常电压峰值；第二个条件是要求单向晶闸管的IT应大于152倍的流过单向晶闸管的正常工作电流。本讲稿第二十二页，共四十四页4.4.2单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 44晶闸管可控整流电路将单相半波整流电路中二极管由晶闸管代替，构成如图所示的单相半波可控整流电路。将单相半波整流电路中二极管由晶闸管代替，构成如图所示的单相半波可控整流电路。本讲稿第二十三页，共四十四页单相半波可控整流电路的电压与电流的波形如图所示单相半波可控整流电路的电压与电流的波形如图所示4.4.2单相半波可控整流电路单相半波可控整流电路 44晶闸管可控整流电路晶闸管在正向电压下不导通的范围称为控制角晶闸管在正向电压下不导通的范围称为控制角(又称移相角又称移相角)，用，用 表示，而导电范围则称为导表示，而导电范围则称为导通角，用通角，用 表示，则表示，则本讲稿第二十四页，共四十四页4.4.3单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路44晶闸管可控整流电路单相半波可控整流电路虽然有电路简单、调整方便、使用元件少的优点，单相半波可控整流电路虽然有电路简单、调整方便、使用元件少的优点，但却有但却有整流电压脉动大、输出整流电流小的缺点。整流电压脉动大、输出整流电流小的缺点。较常用的是半控桥式整流电路（简称半控桥较常用的是半控桥式整流电路（简称半控桥)，其电路如图所示。电路与，其电路如图所示。电路与单相桥式整流电路相似，只是其中两个臂中的单相桥式整流电路相似，只是其中两个臂中的二极管被晶闸管二极管被晶闸管所取代。所取代。u的正半周（的正半周（a端为正）时，电流的通路为端为正）时，电流的通路为同样，在电压同样，在电压u的负半周时，电流的通路为的负半周时，电流的通路为 T1和和V2导通，导通，T2和和V1 截止截止T1和和V2截止，截止，T2和和V1 导通导通本讲稿第二十五页，共四十四页4.4.3单相半控桥式整流电路单相半控桥式整流电路44晶闸管可控整流电路单相半控桥的电压与电流波形单相半控桥的电压与电流波形如图所示。显然，与单相半波如图所示。显然，与单相半波可控整流电路相比，其输出电可控整流电路相比，其输出电压和电流的平均值要大一倍，即压和电流的平均值要大一倍，即本讲稿第二十六页，共四十四页4.4.4 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路44晶闸管可控整流电路1.单结晶体管的结构单结晶体管的结构a）结构示意图b）图形符号c）等效电路本讲稿第二十七页，共四十四页2.单结晶体管的工作原理单结晶体管的工作原理4.4.4 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路44晶闸管可控整流电路当发射极当发射极E不加电压时，不加电压时，UBB加在加在B1和和B2之间，之间，RB1上的分压为上的分压为式中式中称为分压比或分压系数，其值与单结晶体称为分压比或分压系数，其值与单结晶体管的结构有关，是单结晶体管的一个重要参数，管的结构有关，是单结晶体管的一个重要参数，一般为一般为0.50.9之间。之间。本讲稿第二十八页，共四十四页4.4.4 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路44晶闸管可控整流电路3.单结晶体管的基本电路单结晶体管的基本电路a）电路图b）波形图本讲稿第二十九页，共四十四页4.4.4 单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路44晶闸管可控整流电路3.单结晶体管的基本电路单结晶体管的基本电路单结晶体管触发的单向晶闸管应用电路单结晶体管触发的单向晶闸管应用电路 a)电路图b)波形图本讲稿第三十页，共四十四页*45晶闸管交流调压电路 前面所讲的各种晶闸管整流电路，实质上是一种直流调压电路。在生产前面所讲的各种晶闸管整流电路，实质上是一种直流调压电路。在生产实际中有时还需要调节交流电压，例如用在炉温控制和灯光调节等方面，此时就实际中有时还需要调节交流电压，例如用在炉温控制和灯光调节等方面，此时就需要用到普通晶闸管的派生器件需要用到普通晶闸管的派生器件双向晶闸管。双向晶闸管。4.5.1 双向晶闸管双向晶闸管 小功率双向晶闸管外形图小功率双向晶闸管外形图 双向晶闸管的结构与符号双向晶闸管的结构与符号普通晶闸管实质普通晶闸管实质是属于直流器件，是属于直流器件，要控制交流负载，必须将两只晶要控制交流负载，必须将两只晶闸管反极性并联，让每只晶闸管闸管反极性并联，让每只晶闸管控制一个半波，为此需用配套独控制一个半波，为此需用配套独立的电路，使用极不方便。立的电路，使用极不方便。双向晶闸管双向晶闸管是在普通晶闸管的基是在普通晶闸管的基础上发展起来的，它不仅能代替础上发展起来的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且两只反极性并联的晶闸管，而且仅用一个触发电路，是目前比较仅用一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。理想的交流开关器件。本讲稿第三十一页，共四十四页*45晶闸管交流调压电路4.5.1 双向晶闸管双向晶闸管 如图所示是双向晶闸管的伏安特性曲线如图所示是双向晶闸管的伏安特性曲线 双向晶闸管特点：双向晶闸管特点：双向晶闸管只用一个控制极，双向晶闸管只用一个控制极，就可以控制它的正向导通和反向导通了。双向就可以控制它的正向导通和反向导通了。双向晶闸管不管它的控制极电压极性如何，它都可晶闸管不管它的控制极电压极性如何，它都可能被触发导通，这个特点是普通晶闸管所没有的。能被触发导通，这个特点是普通晶闸管所没有的。本讲稿第三十二页，共四十四页*45晶闸管交流调压电路4.5.2 双向触发二极管双向触发二极管双向触发二极管可简称为触发二极管，亦称二端交流器件，双向触发二极管可简称为触发二极管，亦称二端交流器件，它与双向晶闸管同时问世。它结构简单，价格低廉，常用它与双向晶闸管同时问世。它结构简单，价格低廉，常用来触发双向晶闸管，构成过电压保护电路、定时器等来触发双向晶闸管，构成过电压保护电路、定时器等 本讲稿第三十三页，共四十四页*45晶闸管交流调压电路4.5.3 应用实例应用实例交流调光台灯交流调光台灯交流调光台灯的应用电路如图所示交流调光台灯的应用电路如图所示 本讲稿第三十四页，共四十四页46本章基础实验4.6.1 计算机仿真部分计算机仿真部分1实验目的实验目的（1）通过仿真用虚拟示波器观察桥式整流电路、电容滤波电路的输出波形。）通过仿真用虚拟示波器观察桥式整流电路、电容滤波电路的输出波形。（2）进一步加深对桥式整流、电容滤波及集成稳压电路工作原理的理解。）进一步加深对桥式整流、电容滤波及集成稳压电路工作原理的理解。2实验内容及步骤实验内容及步骤（1）整流电路）整流电路 本讲稿第三十五页，共四十四页46本章基础实验4.6.1 计算机仿真部分计算机仿真部分（2）集成稳压电路）集成稳压电路本讲稿第三十六页，共四十四页46本章基础实验4.6.2 实验室操作部分实验室操作部分 实验总结实验总结 （1）怎样改变控制角？控制角的范围有多大？）怎样改变控制角？控制角的范围有多大？对输出电压的影响。对输出电压的影响。（2）晶闸管和二极管都具有单向导电性，）晶闸管和二极管都具有单向导电性，它们有何不同它们有何不同?本讲稿第三十七页，共四十四页47技能训练4.7.1双路直流稳压电源的组装与调试双路直流稳压电源的组装与调试1.实训目的实训目的（1）理解双路直流稳压电源的工作原理。）理解双路直流稳压电源的工作原理。（2）掌握直流稳压电源相关性能指标的测量方法。）掌握直流稳压电源相关性能指标的测量方法。（3）熟悉整流输出波形与滤波输出波形。熟悉整流输出波形与滤波输出波形。（4）了解外界电压波动对稳压效果的影响。）了解外界电压波动对稳压效果的影响。2.实训设备器材实训设备器材(1)双踪示波器一台双踪示波器一台(2)万用表一块万用表一块(3)直流数字电压表一块直流数字电压表一块(4)电烙铁、松香、焊锡、镊子、尖嘴钳、剪线钳等组合工具一套电烙铁、松香、焊锡、镊子、尖嘴钳、剪线钳等组合工具一套3.实训内容与步骤实训内容与步骤（1）双路直流稳压电源的组装）双路直流稳压电源的组装本讲稿第三十八页，共四十四页47技能训练4.7.1双路直流稳压电源的组装与调试双路直流稳压电源的组装与调试双路直流稳压电源的原理图双路直流稳压电源的原理图 3.实训内容与步骤实训内容与步骤（1）双路直流稳压电源的组装）双路直流稳压电源的组装本讲稿第三十九页，共四十四页47技能训练4.7.1双路直流稳压电源的组装与调试双路直流稳压电源的组装与调试3.实训内容与步骤实训内容与步骤（1）双路直流稳压电源的组装）双路直流稳压电源的组装双路直流稳压电源印制电路板双路直流稳压电源印制电路板 本讲稿第四十页，共四十四页47技能训练4.7.1双路直流稳压电源的组装与调试双路直流稳压电源的组装与调试3.实训内容与步骤实训内容与步骤（2）双路直流稳压电源的调试及稳压过程观察）双路直流稳压电源的调试及稳压过程观察整流滤波效果比较整流滤波效果比较（3）直流稳压性能指标的测量）直流稳压性能指标的测量特性参数测试结果特性参数测试结果本讲稿第四十一页，共四十四页本章小结本章小结v（1）在电子系统中，经常需要将交流电压转换为稳定的直流）在电子系统中，经常需要将交流电压转换为稳定的直流电压，为此要用整流、滤波和稳压等环节来实现。电压，为此要用整流、滤波和稳压等环节来实现。v（2）在整流电路中，是利用二极管的单向导电性将交流电转）在整流电路中，是利用二极管的单向导电性将交流电转变为脉动的直流电。常见的形式有：单相半波、单相全波、桥变为脉动的直流电。常见的形式有：单相半波、单相全波、桥式整流电路。为抑制输出直流电压中的纹波，通常在整流电路式整流电路。为抑制输出直流电压中的纹波，通常在整流电路后接有滤波环节。后接有滤波环节。v（3）为了保证输出电压不受电网电压、负载的变化而产生波动，）为了保证输出电压不受电网电压、负载的变化而产生波动，可再接入稳压电路，在小功率供电系统中，多采用串联反馈式稳可再接入稳压电路，在小功率供电系统中，多采用串联反馈式稳压电路，而中大功率稳压电源一般采用开关稳压电路。压电路，而中大功率稳压电源一般采用开关稳压电路。本讲稿第四十二页，共四十四页本章小结本章小结v（4）串联反馈式稳压电路的调整管是工作在线性放大区，利用控）串联反馈式稳压电路的调整管是工作在线性放大区，利用控制调整管的管压降来调整输出电压，它是一个带负反馈的闭环有制调整管的管压降来调整输出电压，它是一个带负反馈的闭环有差调节系统；开关稳压电源的调整管是工作在开关状态，利用控差调节系统；开关稳压电源的调整管是工作在开关状态，利用控制调整管导通与截止时间的比例来调整输出电压。制调整管导通与截止时间的比例来调整输出电压。v（5）晶闸管是一种大功率半导体器件，也是一种可控整流元）晶闸管是一种大功率半导体器件，也是一种可控整流元件，既具有二极管的单向导电的整流作用，又具有可控的开关件，既具有二极管的单向导电的整流作用，又具有可控的开关作用，具有弱电控制强电的特点。作用，具有弱电控制强电的特点。v（6）晶闸管的工作条件是：阳极与阴极之间加正向电压，控制极与阴）晶闸管的工作条件是：阳极与阴极之间加正向电压，控制极与阴极之间加正向控制电压。晶闸管导通后，控制极就失去作用。要使晶闸极之间加正向控制电压。晶闸管导通后，控制极就失去作用。要使晶闸管关断，必须使阳极电流小于维持电流。管关断，必须使阳极电流小于维持电流。本讲稿第四十三页，共四十四页v（7）将二极管整流电路中的二极管用晶闸管替换，）将二极管整流电路中的二极管用晶闸管替换，就组成了晶闸管可控整流电路，它具有输出电流大、就组成了晶闸管可控整流电路，它具有输出电流大、反向耐压高、输出电压可调等优点。通过触发脉冲的反向耐压高、输出电压可调等优点。通过触发脉冲的移相，可调节输出电压的大小。移相，可调节输出电压的大小。v（8）单结晶体管的基本特性是负阻特性，利用该特性）单结晶体管的基本特性是负阻特性，利用该特性可以组成弛张振荡器，为晶闸管提供触发脉冲。可以组成弛张振荡器，为晶闸管提供触发脉冲。v（9）双向晶闸管具有对称的正反向伏安特性，不管它的控）双向晶闸管具有对称的正反向伏安特性，不管它的控制极电压极性如何，它都可能被触发导通，是理想的交流开制极电压极性如何，它都可能被触发导通，是理想的交流开关器件。关器件。本章小结本章小结本讲稿第四十四页，共四十四页