直流電源直流電源1內容1單相整流電路2濾波電路3倍壓整流4穩壓電路5集成穩壓電路6開關型穩壓電路內容1單相整流電路2圖10–1直流電源的組成方框圖1單相整流電路圖10–1直流電源的組成方框圖1單相整流電路31.1單相半波整流電路1.電路工作原理在負半周時,二極管截止,則1.1單相半波整流電路1.電路工作原理在負半周時,4圖10–2單相半波整流電路圖10–2單相半波整流電路52.直流電壓UO和直流電流IO的計算在半波整流情況下2.直流電壓UO和直流電流IO的計算在半波整流情況下6

此式說明,在半波整流情況下,負載上所得的直流電壓只有變壓器次級繞組電壓有效值的45%。如果考慮二極管的正向電阻和變壓器等效電阻上的壓降,則UO數值還要低。在半波整流電路中,二極管的電流等于輸出電流,所以此式說明,在半波整流情況下,負載上所得的73.脈動系數S3.脈動系數S8

4.選管原則一般選管根據二極管的電流ID和二極管所承受的最大反向峰值電壓URM進行選擇,即二極管的最大整流電流IF≥ID，二極管的最大反向工作電壓。4.選管原則91.2單相全波整流電路1.電路與工作原理

為提高電源的利用率,可將兩個半波整流電路合起來組成一個全波整流電路,如圖10-3(a)所示。二極管VD1、VD2在正、負半周輪流導電,且流過負載RL的電流為同一方向,故在正、負半周,負載上均有輸出電壓。1.2單相全波整流電路1.電路與工作原理10圖10–3全波整流電路圖10–3全波整流電路112.直流電壓UO和直流電流IO的計算

由輸出波形可看出,全波整流輸出波形是半波整流時的兩倍,所以輸出直流電壓也為半波時的兩倍,即2.直流電壓UO和直流電流IO的計算由12

3.脈動系數S

全波整流電路輸出電壓的基波頻率為2ω,求得基波最大值為故脈動系數為3.脈動系數S故脈動系數為134.選管原則選擇管子時要求

全波整流電路每管承受的反向峰值電壓URM為u2的峰值電壓的兩倍,即因為無論正半周還是負半周,均是一管截止,而另一管導通,故變壓器次級兩個繞組的電壓全部加至截止二極管的兩端。選管時應滿足4.選管原則選擇管子時要求全波整流電路每管141.3單相橋式整流1.電路與工作原理圖10–4橋式整流電路1.3單相橋式整流圖10–4橋式整流電路15圖10–5橋式整流電路波形圖圖10–5橋式整流電路波形圖162.直流電壓UO和直流電流IO的計算3.脈動系數SS=0.67

2.直流電壓UO和直流電流IO的計算3.脈動系數174.選管原則4.選管原則182濾波電路圖10–6橋式整流、電容濾波電路2濾波電路圖10–6橋式整流、電容濾波191.空載時的情況

空載時RL→∞,設電容C兩端的初始電壓uC為零。接入交流電源后,當u2為正半周時,VD1、VD2導通,則u2通過VD1、VD2對電容充電;當u2為負半周時,VD3、VD4導通,u2通過VD3、VD4對電容充電。由于充電回路等效電阻很小,所以充電很快,電容C迅速被充到交流電壓u2的最大值。此時二極管的正向電壓始終小于或等于零,故二極管均截止,電容不可能放電,故輸出電壓UO恒為,其波形如圖10-7(a)所示。2.帶電阻負載時的情況1.空載時的情況空載時RL→∞,設電容20圖10–7電容濾波波形圖10–7電容濾波波形21(1)電容濾波以后,輸出直流電壓提高了,同時輸出電壓的脈動成分也降低了，而且輸出直流電壓與放電時間常數有關。圖10–8RLC對電容濾波的影響(1)電容濾波以后,輸出直流電壓提高了,22(2)電容濾波的輸出電壓UO隨輸出電流IO而變化。圖10–9電容濾波電路的外特性(2)電容濾波的輸出電壓UO隨輸出電流IO而變化。圖123一般應選二極管實際工作中按下式選擇濾波電容的容量(10-19)

電容濾波整流電路,其輸出電壓UO在之間。當滿足式(10~19)時,可按下式進行估算脈動系數一般應選二極管實際工作中按下式選擇濾波電容的容量(10-1242.2其它形式的濾波電路圖10–10π型濾波電路2.2其它形式的濾波電路圖10–10π型濾波電路25

設第二次濾波后,負載上得到的直流分量和基波分量的幅值分別為UO和UO1m,且存在如下關系:(10-23)式(10-23)簡寫為設第二次濾波后,負載上得到的直流分量和基波26當時,π型濾波電路,其輸出直流電壓UO的估算均與電容濾波相同當時,π型濾波電路,其輸出直流電壓UO的估算均與電容濾27圖10–11L、LC濾波電路

如果需要大電流輸出,或輸出電流變化范圍較大,則可采用L濾波或LC濾波電路,如圖10-11所示。圖10–11L、LC濾波電路如果需要28表–1各種濾波器性能比較外特性序號

性能類型(小電流)適用場合整流管的沖擊電流外特性1電容濾波≈1.2小電流大2RC-π型濾波≈1.2小電流大3LC-π型濾波≈1.2小電流大4L濾波0.9大電流小5LC濾波0.9適應性較強小表–1各種濾波器性能比較外特性性能適用場29

為了提高濾波效果,可在輸出端再并上一個電容C,組成LC濾波電路,它在負載電流較大時或較小時均有較佳的濾波特性,故LC對負載的適應力較強,特別適合用于電流變化較大的場合。

L濾波和LC濾波電路的直流輸出電壓,如忽略電感上的壓降,則輸出直流電壓等于全波整流的輸出電壓,即為了提高濾波效果,可在輸出端再并上一個電容C303倍壓整流3.1二倍壓整流電路圖10-12二倍壓整流電路3倍壓整流3.1二倍壓整流電路圖10-313.2多倍壓整流電路圖10–13多倍壓整流電路3.2多倍壓整流電路圖10–13多倍壓整流電3210.4穩壓電路10.4.1穩壓電路的主要指標1.穩壓系數Sr10.4穩壓電路10.4.1穩壓電路的主要指標1332.穩壓電路的輸出電阻rO

輸出電阻可以衡量穩壓電路受負載電阻的影響程度,即2.穩壓電路的輸出電阻rO輸出電阻可以衡量穩壓電路受負3410.4.2硅穩壓管穩壓電路圖10–14穩壓管穩壓電路10.4.2硅穩壓管穩壓電路圖10–14穩壓管351.穩壓原理(1)輸入電壓UI保持不變,當負載電阻RL減小,IL增大時,由于電流在電阻R上的壓降升高,輸出電壓UO將下降。由于穩壓管并聯在輸出端,由伏安特性可看出,當穩壓管兩端的電壓略有下降時,電流Iz將急劇減小,而IR=IL+Iz,所以IR基本維持不變,R上的壓降也就維持不變,從而保證輸出電壓UO基本不變,即RL↓→IL↑→IR↑→UO↓→Iz↓→IR↓=IL+Iz UO↑1.穩壓原理(1)輸入電壓UI保持不變,36(2)負載電阻RL不變,當電網電壓升高時,將使UI增加,隨之輸出電壓UO也增大,由穩壓管伏安特性可見,Iz將急劇增加,則電阻R上的壓降增大,UO=UI-UR,從而使輸出電壓基本保持不變,即 UI↑→UO↑→Iz↑→IR↑→UR↑ UO↓(2)負載電阻RL不變,當電網電壓升高時,372.指標計算

(1)穩壓系數。按(10-28)式,考慮ΔUO/ΔUI時,可利用圖10-15所示的等效電路(僅考慮變化量),則圖10–15穩壓電路的交流等效電路2.指標計算圖10–15穩壓38當R>>rz時(2)輸出電阻rO。從圖10-15可求得輸出電阻為當R>>rz時(2)輸出電阻rO。從圖10-15可求393.限流電阻R的選擇(1)當電網電壓最高,即為UImax,且負載電流最小為時,流過穩壓管的電流最大,其值不應超過Iz

max,即3.限流電阻R的選擇(1)當電網電壓最高40【例1】穩壓電路如圖10-14(a)所示,穩壓管為2CW14,其參數是Uz=6V,Iz=10mA,Pz=200mW,rz＜15Ω。整流濾波輸出電壓UI=15V。

(1)試計算當UI變化±10%,負載電阻在0.5～2kΩ范圍變化時,限流電阻R值。

(2)按所選定的電阻R值,計算該電路的穩壓系數及輸出電阻。解【例1】穩壓電路如圖10-14(a)所示,穩壓管41即0.29kΩ＜R＜0.34kΩ,可選R=320Ω,電阻的額定功率即0.29kΩ＜R＜0.34kΩ,可選R=320Ω,電阻42(2)(2)4310.4.3串聯型穩壓電路圖10–16串聯型穩壓電路原理框圖10.4.3串聯型穩壓電路圖10–16串聯型穩44圖10-17幾種串聯型穩壓電路圖10-17幾種串聯型穩壓電路451.輸出電壓UO的計算及調節范圍1.輸出電壓UO的計算及調節范圍46圖10–18具有輔助電源的穩壓電路圖10–18具有輔助電源的穩壓電路47【例2】在圖10-18中VDz1穩壓電壓UDz1=UR=7V,采樣電阻RA=1kΩ,RB=680Ω,RW=200Ω,試估算輸出電壓的調節范圍。解【例2】在圖10-18中VDz1穩壓電壓UD482.最大負載電流額定值的估算2.最大負載電流額定值的估算493.調整管的考慮(1)對ICM的考慮。調整管中流過的最大集電極電流為(2)對PCM的考慮。調整管可能承受的最大集電極功耗為選管時要求:3.調整管的考慮(1)對ICM的考慮。調整管中流過50(3)對擊穿電壓BUCE的考慮。當輸出短路時,輸入最大電壓UImax,全加在調整管c、e間,所以(4)采用復合調整管。圖10–19采用復合調整管(3)對擊穿電壓BUCE的考慮。當輸出短路時5110.5集成穩壓電路10.5.1基本應用電路圖10–20W78系列基本應用電路10.5集成穩壓電路10.5.1基本應用電路圖15210.5.2擴大輸出電流的電路圖10–21擴大輸出電流的電路10.5.2擴大輸出電流的電路圖10–21擴大5310.5.3擴大輸出電壓的電路圖10–22擴大輸出電壓的電路10.5.3擴大輸出電壓的電路圖10–22擴5410.5.3擴大輸出電壓的電路

圖中R1上的電壓為W78的標稱輸出電壓U××,輸出端對地的電壓為式中IQ為W78的靜態工作電流,通常IQR2較小,輸出電壓近似為10.5.3擴大輸出電壓的電路圖中R5510.5.4輸出電壓可調的電路圖10–23輸出電壓可調電路10.5.4輸出電壓可調的電路圖10–23輸出5610.6開關穩壓電路10.6.1串聯型開關穩壓電源

串聯型開關穩壓電源是最常用的開關穩壓電源。圖10-24為串聯它激式單端降壓型開關穩壓電源的方框圖和電路原理圖。10.6開關穩壓電路10.6.1串聯型開關穩壓電源57圖10-24串聯型開關穩壓電源的方框圖及電路原理圖圖10-24串聯型開關穩壓電源的方框圖及電路原理圖58圖10-24串聯型開關穩壓電源的方框圖及電路原理圖圖10-24串聯型開關穩壓電源的方框圖及電路原理圖591.電路組成2.工作原理和穩壓過程圖10–25uE、

iL和uO波形1.電路組成2.工作原理和穩壓過程圖10–2560圖10–26UO變化引起占空比D變化的自動穩壓過程圖10–26UO變化引起占空比D變化的自動穩壓過程61(1)正常情況下,輸出電壓UO恒定不變,即為該穩壓器的標稱值,此時UF與UR應相等,uO1=0,A2比較器即為過零比較器,此時uO2波形的占空比D=50%,波形如圖10-26(a)所示。

(2)當輸入電壓UI或負載電流IO變化時,將引起輸出電壓UO偏離標稱值。由于負反饋的作用,電路將自動調整而使UO基本上維持在標稱值不變。穩壓過程表示如下：UO↑→UF↑(UF＞UR)→uO1＜0→ton＜toffUO↓UO=D＜50%(1)正常情況下,輸出電壓UO恒定不變,623.采用集成控制器的開關直流穩壓電源圖10–27用CW3524的開關穩壓電源3.采用集成控制器的開關直流穩壓電源圖10–276310.6.2并聯型開關穩壓電源圖10–28并聯型開關穩壓電路簡化圖10.6.2并聯型開關穩壓電源圖10–28并642.不用電源變壓器的開關穩壓電路圖10–29并聯開關穩壓電路2.不用電源變壓器的開關穩壓電路圖10–29并651)開關管V1的工作過程2)儲能濾波電路的工作原理3)采樣電路和比較放大器的工作過程1)開關管V1的工作過程66直流電源直流電源67內容1單相整流電路2濾波電路3倍壓整流4穩壓電路5集成穩壓電路6開關型穩壓電路內容1單相整流電路68圖10–1直流電源的組成方框圖1單相整流電路圖10–1直流電源的組成方框圖1單相整流電路691.1單相半波整流電路1.電路工作原理在負半周時,二極管截止,則1.1單相半波整流電路1.電路工作原理在負半周時,70圖10–2單相半波整流電路圖10–2單相半波整流電路712.直流電壓UO和直流電流IO的計算在半波整流情況下2.直流電壓UO和直流電流IO的計算在半波整流情況下72

此式說明,在半波整流情況下,負載上所得的直流電壓只有變壓器次級繞組電壓有效值的45%。如果考慮二極管的正向電阻和變壓器等效電阻上的壓降,則UO數值還要低。在半波整流電路中,二極管的電流等于輸出電流,所以此式說明,在半波整流情況下,負載上所得的733.脈動系數S3.脈動系數S74

4.選管原則一般選管根據二極管的電流ID和二極管所承受的最大反向峰值電壓URM進行選擇,即二極管的最大整流電流IF≥ID，二極管的最大反向工作電壓。4.選管原則751.2單相全波整流電路1.電路與工作原理

為提高電源的利用率,可將兩個半波整流電路合起來組成一個全波整流電路,如圖10-3(a)所示。二極管VD1、VD2在正、負半周輪流導電,且流過負載RL的電流為同一方向,故在正、負半周,負載上均有輸出電壓。1.2單相全波整流電路1.電路與工作原理76圖10–3全波整流電路圖10–3全波整流電路772.直流電壓UO和直流電流IO的計算

由輸出波形可看出,全波整流輸出波形是半波整流時的兩倍,所以輸出直流電壓也為半波時的兩倍,即2.直流電壓UO和直流電流IO的計算由78

3.脈動系數S

全波整流電路輸出電壓的基波頻率為2ω,求得基波最大值為故脈動系數為3.脈動系數S故脈動系數為794.選管原則選擇管子時要求

全波整流電路每管承受的反向峰值電壓URM為u2的峰值電壓的兩倍,即因為無論正半周還是負半周,均是一管截止,而另一管導通,故變壓器次級兩個繞組的電壓全部加至截止二極管的兩端。選管時應滿足4.選管原則選擇管子時要求全波整流電路每管801.3單相橋式整流1.電路與工作原理圖10–4橋式整流電路1.3單相橋式整流圖10–4橋式整流電路81圖10–5橋式整流電路波形圖圖10–5橋式整流電路波形圖822.直流電壓UO和直流電流IO的計算3.脈動系數SS=0.67

2.直流電壓UO和直流電流IO的計算3.脈動系數834.選管原則4.選管原則842濾波電路圖10–6橋式整流、電容濾波電路2濾波電路圖10–6橋式整流、電容濾波851.空載時的情況

空載時RL→∞,設電容C兩端的初始電壓uC為零。接入交流電源后,當u2為正半周時,VD1、VD2導通,則u2通過VD1、VD2對電容充電;當u2為負半周時,VD3、VD4導通,u2通過VD3、VD4對電容充電。由于充電回路等效電阻很小,所以充電很快,電容C迅速被充到交流電壓u2的最大值。此時二極管的正向電壓始終小于或等于零,故二極管均截止,電容不可能放電,故輸出電壓UO恒為,其波形如圖10-7(a)所示。2.帶電阻負載時的情況1.空載時的情況空載時RL→∞,設電容86圖10–7電容濾波波形圖10–7電容濾波波形87(1)電容濾波以后,輸出直流電壓提高了,同時輸出電壓的脈動成分也降低了，而且輸出直流電壓與放電時間常數有關。圖10–8RLC對電容濾波的影響(1)電容濾波以后,輸出直流電壓提高了,88(2)電容濾波的輸出電壓UO隨輸出電流IO而變化。圖10–9電容濾波電路的外特性(2)電容濾波的輸出電壓UO隨輸出電流IO而變化。圖189一般應選二極管實際工作中按下式選擇濾波電容的容量(10-19)

電容濾波整流電路,其輸出電壓UO在之間。當滿足式(10~19)時,可按下式進行估算脈動系數一般應選二極管實際工作中按下式選擇濾波電容的容量(10-1902.2其它形式的濾波電路圖10–10π型濾波電路2.2其它形式的濾波電路圖10–10π型濾波電路91

設第二次濾波后,負載上得到的直流分量和基波分量的幅值分別為UO和UO1m,且存在如下關系:(10-23)式(10-23)簡寫為設第二次濾波后,負載上得到的直流分量和基波92當時,π型濾波電路,其輸出直流電壓UO的估算均與電容濾波相同當時,π型濾波電路,其輸出直流電壓UO的估算均與電容濾93圖10–11L、LC濾波電路

如果需要大電流輸出,或輸出電流變化范圍較大,則可采用L濾波或LC濾波電路,如圖10-11所示。圖10–11L、LC濾波電路如果需要94表–1各種濾波器性能比較外特性序號

性能類型(小電流)適用場合整流管的沖擊電流外特性1電容濾波≈1.2小電流大2RC-π型濾波≈1.2小電流大3LC-π型濾波≈1.2小電流大4L濾波0.9大電流小5LC濾波0.9適應性較強小表–1各種濾波器性能比較外特性性能適用場95

為了提高濾波效果,可在輸出端再并上一個電容C,組成LC濾波電路,它在負載電流較大時或較小時均有較佳的濾波特性,故LC對負載的適應力較強,特別適合用于電流變化較大的場合。

L濾波和LC濾波電路的直流輸出電壓,如忽略電感上的壓降,則輸出直流電壓等于全波整流的輸出電壓,即為了提高濾波效果,可在輸出端再并上一個電容C963倍壓整流3.1二倍壓整流電路圖10-12二倍壓整流電路3倍壓整流3.1二倍壓整流電路圖10-973.2多倍壓整流電路圖10–13多倍壓整流電路3.2多倍壓整流電路圖10–13多倍壓整流電9810.4穩壓電路10.4.1穩壓電路的主要指標1.穩壓系數Sr10.4穩壓電路10.4.1穩壓電路的主要指標1992.穩壓電路的輸出電阻rO

輸出電阻可以衡量穩壓電路受負載電阻的影響程度,即2.穩壓電路的輸出電阻rO輸出電阻可以衡量穩壓電路受負10010.4.2硅穩壓管穩壓電路圖10–14穩壓管穩壓電路10.4.2硅穩壓管穩壓電路圖10–14穩壓管1011.穩壓原理(1)輸入電壓UI保持不變,當負載電阻RL減小,IL增大時,由于電流在電阻R上的壓降升高,輸出電壓UO將下降。由于穩壓管并聯在輸出端,由伏安特性可看出,當穩壓管兩端的電壓略有下降時,電流Iz將急劇減小,而IR=IL+Iz,所以IR基本維持不變,R上的壓降也就維持不變,從而保證輸出電壓UO基本不變,即RL↓→IL↑→IR↑→UO↓→Iz↓→IR↓=IL+Iz UO↑1.穩壓原理(1)輸入電壓UI保持不變,102(2)負載電阻RL不變,當電網電壓升高時,將使UI增加,隨之輸出電壓UO也增大,由穩壓管伏安特性可見,Iz將急劇增加,則電阻R上的壓降增大,UO=UI-UR,從而使輸出電壓基本保持不變,即 UI↑→UO↑→Iz↑→IR↑→UR↑ UO↓(2)負載電阻RL不變,當電網電壓升高時,1032.指標計算

(1)穩壓系數。按(10-28)式,考慮ΔUO/ΔUI時,可利用圖10-15所示的等效電路(僅考慮變化量),則圖10–15穩壓電路的交流等效電路2.指標計算圖10–15穩壓104當R>>rz時(2)輸出電阻rO。從圖10-15可求得輸出電阻為當R>>rz時(2)輸出電阻rO。從圖10-15可求1053.限流電阻R的選擇(1)當電網電壓最高,即為UImax,且負載電流最小為時,流過穩壓管的電流最大,其值不應超過Iz

max,即3.限流電阻R的選擇(1)當電網電壓最高106【例1】穩壓電路如圖10-14(a)所示,穩壓管為2CW14,其參數是Uz=6V,Iz=10mA,Pz=200mW,rz＜15Ω。整流濾波輸出電壓UI=15V。

(1)試計算當UI變化±10%,負載電阻在0.5～2kΩ范圍變化時,限流電阻R值。

(2)按所選定的電阻R值,計算該電路的穩壓系數及輸出電阻。解【例1】穩壓電路如圖10-14(a)所示,穩壓管107即0.29kΩ＜R＜0.34kΩ,可選R=320Ω,電阻的額定功率即0.29kΩ＜R＜0.34kΩ,可選R=320Ω,電阻108(2)(2)10910.4.3串聯型穩壓電路圖10–16串聯型穩壓電路原理框圖10.4.3串聯型穩壓電路圖10–16串聯型穩110圖10-17幾種串聯型穩壓電路圖10-17幾種串聯型穩壓電路1111.輸出電壓UO的計算及調節范圍1.輸出電壓UO的計算及調節范圍112圖10–18具有輔助電源的穩壓電路圖10–18具有輔助電源的穩壓電路113【例2】在圖10-18中VDz1穩壓電壓UDz1=UR=7V,采樣電阻RA=1kΩ,RB=680Ω,RW=200Ω,試估算輸出電壓的調節范圍。解【例2】在圖10-18中VDz1穩壓電壓UD1142.最大負載電流額定值的估算2.最大負載電流額定值的估算1153.調整管的考慮(1)對ICM的考慮。調整管中流過的最大集電極電流為(2)對PCM的考慮。調整管可能承受的最大集電極功耗為選管時要求:3.調整管的考慮(1)對ICM的考慮。調整管中流過116(3)對擊穿電壓BUCE的考慮。當輸出短路時,輸入最大電壓UImax,全加在調整管c、e間,所以(4)采用復合調整管。圖10–19采用復合調整管(3)對擊穿電壓BUCE的考慮。當輸出短路時11710.5集成穩壓電路10.5.1基本應用電路圖10–20W78系列基本應用電路10.5集成穩壓電路10.5.1基本應用電路圖111810.5.2擴大輸出電流的電路圖10–21擴大輸出電流的電路10.5.2擴大輸出電流的電路圖10–21擴大