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第11章 直流稳压电源 11.1 整流电路 11.2 滤波器 11.3 直流稳压电源 11.4 晶闸管及整流电路

第11章 直流稳压电源 本章要求: 1. 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及 参数的计算; 第11章 直流稳压电源 本章要求: 1. 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及 参数的计算; 2. 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作 原理; 3. 了解集成稳压电路的性能及应用。

第11章 直流稳压电源 小功率直流稳压电源的组成 功能:把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压。 交流电源 负载 变压 整流 滤波 稳压 第11章 直流稳压电源 小功率直流稳压电源的组成 交流电源 负载 变压 整流 滤波 稳压 u1 u2 u3 u4 uo 功能:把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压。

11.1 整流电路 整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。 整流原理: 利用二极管的单向导电性 常见的整流电路: 11.1 整流电路 整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。 整流原理: 利用二极管的单向导电性 常见的整流电路: 半波、全波、桥式和倍压整流;单相和三相整流等。 分析时可把二极管当作理想元件处理: 二极管的正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。

11.1.1 单相半波整流电路 1. 电路结构 3. 工作波形 – + a Tr D uo u b RL io u uo 2. 工作原理 11.1.1 单相半波整流电路 1. 电路结构 3. 工作波形 – + a Tr D uo u b RL io u t O uo O 2. 工作原理 u 正半周,Va>Vb, 二极管D导通; uD O u 负半周,Va< Vb, 二极管D 截止 。

4. 参数计算 (1) 整流电压平均值 Uo (2) 整流电流平均值 Io (3) 流过每管电流平均值 ID (4) 每管承受的最高反向电压 UDRM (5) 变压器副边电流有效值 I

5. 整流二极管的选择 平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择整流二极管的主要依据。 选管时应满足: IOM ID , URWM  UDRM

- - 11.1.2 单相桥式整流电路   1. 电路结构 3. 工作波形 io u a + u uo RL – uo b 11.1.2 单相桥式整流电路 1. 电路结构 3. 工作波形 RL u io uo 1 2 3 4 a b + – u   - uo uD t - 2. 工作原理 u 正半周,Va>Vb,二极管 D1、 D3 导通, D2、 D4 截止 。 uD2uD4

例1:单相桥式整流电路,已知交流电网电压为 220 V,负载电阻 RL = 50,负载电压Uo=100V, 试求变压器的变比和容量,并选择二极管。 可选用二极管2CZ11C,其最大整流电流为1A,反向工作峰值电压为300V。 变压器副边电压 U  122 V 变压器副边电流有效值 I = 1.11 Io= 2  1.11 = 2. 2 A 变压器容量 S = U I = 122  2.2 = 207. 8 V A

例2: 试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或D4 断开时负载电压的波形。如果D2 或D4 接反,后果如何?如果D2 或D4因击穿或烧坏而短路,后果又如何? uo u π 2π 3π 4π t w o uo + _ ~ u RL D2 D4 D1 D3 解:当D2或D4断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时,D1和D3导通,负载中有电流过,负载电压uo=u;负半周时,D1和D3截止,负载中无电流通过,负载两端无电压, uo =0。

则正半周时,情况与D2或D4接反类似,电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。 uo + _ ~ u RL D2 D4 D1 D3 如果D2或D4接反 则正半周时,二极管D1、D4或D2、D3导通,电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路,电流很大,因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。 如果D2或D4因击穿烧坏而短路 则正半周时,情况与D2或D4接反类似,电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。

11.1.3 三相桥式整流电路 共阳极组 共阴极组 1. 电路 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – 11.1.3 三相桥式整流电路 共阳极组 共阴极组 1. 电路 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o 三相变压器原绕组接成三角形,副绕组接成星形 2. 工作原理 在每一瞬间 共阴极组中阳极电位最高的二极管导通; 共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。

o o 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u ua ub 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u o ua ub uC 2  t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 uo o 负载电压 在 t1 ~ t2 期间 共阴极组中a点电位最高,D1 导通; 共阳极组中b点电位最低,D4 导通。 负载两端的电压为线电压uab。

o o 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u ua ub 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u o ua ub uC 2  t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 uo o 负载电压 在 t2 ~ t3 期间 共阴极组中a点电位最高,D1 导通; 共阳极组中c点电位最低,D6 导通。 负载两端的电压为线电压uaC。

o o 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u ua ub 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u o ua ub uC 2  t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 uo o 负载电压 在 t3 ~ t4 期间 共阴极组中b点电位最高,D3 导通; 共阳极组中c点电位最低,D6 导通。 负载两端的电压为线电压ubC。

o o 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u ua ub 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u o ua ub uC 2  t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 uo o 负载电压 在 t4 ~ t5 期间 共阴极组中b点电位最高,D3 导通; 共阳极组中a点电位最低,D2 导通。 负载两端的电压为线电压uba。

o o 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io c b a u + – o u ua ub 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io c b a u + – o u o ua ub uC 2  t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 uo o 负载电压 结论: 在一个周期中,每个二极管只有三分之一的时间导通(导通角为120°)。 负载两端的电压为线电压。

3. 参数计算 (1) 整流电压平均值 Uo (2) 整流电流平均值 Io (3) 流过每管电流平均值 ID (4) 每管承受的最高反向电压 UDRM

11.2 滤波器 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流,其中既有直流成份又有交流成份。 11.2 滤波器 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流,其中既有直流成份又有交流成份。 滤波原理:滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份,保留其直流成份,达到平滑输出电压波形的目的。 方法:将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。

u >uC时,二极管导通,电源在给负载RL供电的同时也给电容充电, uC 增加,uo= uC 。 11.2.1 电容滤波器 1. 电路结构 3. 工作波形 动画 uo u t O – + a D uo u b RL io ic i + C = uC 2. 工作原理 u >uC时,二极管导通,电源在给负载RL供电的同时也给电容充电, uC 增加,uo= uC 。 u <uC时,二极管截止,电容通过负载RL 放电,uC按指数规律下降, uo= uC 。 二极管承受的最高反向电压为 。

4. 电容滤波电路的特点 (1) 输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间 常数RLC有关。 RLC 越大  电容器放电越慢  输出电压的平均值Uo 越大,波形越平滑。 为了得到比较平直的输出电压 (T — 电源电压的周期) 近似估算取: Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波) Uo = 1. 0 U (半波) 当负载RL 开路时,UO 

采用电容滤波时,输出电压受负载变化影响较大,即带负载能力较差。 结论 (2) 外特性曲线 采用电容滤波时,输出电压受负载变化影响较大,即带负载能力较差。 因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。 Uo o IO 1.4U 有电容滤波 无电容滤波 0.45U (3) 流过二极管的瞬时电流很大 RLC 越大UO 越高,IO 越大整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大。 iD t uo O 选管时一般取: IOM =2 ID

有一单相桥式整流滤波电路,已知交流电源频率 f=50Hz,负载电阻 RL = 200,要求直流输出电压Uo=30V,选择整流二极管及滤波电容器。 例: u RL uo + – ~ C 解:1. 选择整流二极管 流过二极管的电流 变压器副边电压的有效值 二极管承受的最高反向电压 可选用二极管2CP11 IOM =100mA UDRM =50V

例: 有一单相桥式整流滤波电路,已知交流电源频率 f=50Hz,负载电阻 RL = 200,要求直流输出电压Uo=30V,选择整流二极管及滤波电容器。 + – ~ C 解:2. 选择滤波电容器 取 RLC = 5  T/2 已知RL = 50 可选用C=250F,耐压为50V的极性电容器

11.2.2 电感电容滤波器 ~ L 1. 电路结构 + u C uo RL – 2. 滤波原理 11.2.2 电感电容滤波器 1. 电路结构 L u RL uo + – ~ C 2. 滤波原理 当流过电感的电流发生变化时,线圈中产生自感电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。 对直流分量: XL=0 ,L相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量: f 越高,XL越大,电压大部分降在L上。因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。 LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合,用于高频时更为合适。

11.2.3  形滤波器 ~ ~  形 LC 滤波器 滤波效果比LC滤波器更好,但二极管的冲击电流较大。 + u uo – 11.2.3  形滤波器  形 LC 滤波器 L u RL uo + – ~ C2 C1 滤波效果比LC滤波器更好,但二极管的冲击电流较大。 R u RL uo + – ~ C2 C1  形 RC 滤波器 比 形 LC 滤波器的体积小、成本低。 R 愈大,C2愈大,滤波效果愈好。但R 大将使直流压降增加,主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。

交直流收扩两用机电源 –24V 交流 直流 24V ~220V N2 2CZ12A×4 D1 C2 0.047F D4 N3 N1 FU2 2000F/50V + C1 –24V FU1 1A 直流 24V 交流 ~220V 交直流收扩两用机电源

11.3 直流稳压电源 稳压电路(稳压器)是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。 稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上,它是内阻很小的电压源。其内阻越小,稳压性能越好。 稳压电路是整个电子系统的一个组成部分,也可以是一个独立的电子部件。

11.3.1 稳压管稳压电路 限流调压 1. 电路 + – UI RL C IO UO u IR R DZ Iz 2. 工作原理 U I 11.3.1 稳压管稳压电路 限流调压 1. 电路 + – UI RL C IO UO u IR R DZ Iz 2. 工作原理 U I UZ 稳压电路 UO = UZ IR = IO + IZ 设UI一定,负载RL变化 RL(IO) IR   UO (UZ )   IZ UO 基本不变 IR (IRR) 基本不变 

11.3.1 稳压管稳压电路 1. 电路 + – UI RL C IO UO u IR R DZ Iz 2. 工作原理 U I UZ 11.3.1 稳压管稳压电路 1. 电路 + – UI RL C IO UO u IR R DZ Iz 2. 工作原理 U I UZ UO = UZ IR = IO + IZ 设负载RL一定, UI 变化  IR  UI UZ   IZ  UO 基本不变 IRR  

3. 参数的选择 (1) UZ = UO (2) IZM= (1.5 ~ 3) ICM (3) UI = (2 ~ 3) UO 适用于输出电压固定、输出电流不大、且负载变动不大的场合。 (4) 为保证稳压 管安全工作 为保证稳压 管正常工作

11.3.2 恒压源 由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。 UZ RF R2 R1 + – RL R DZ +U UO RF R2 11.3.2 恒压源 由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。 UZ RF R2 R1 + –   RL R DZ +U UO RF R2 R1 +  –  RL R DZ UZ +U 反相输入恒压源 同相输入恒压源 改变 RF 即可调节恒压源的输出电压。

11.3.3 串联型稳压电路 1. 电路结构 串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。 Ui T R2 UZ RL 11.3.3 串联型稳压电路 1. 电路结构 串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。 Ui T R2 UZ RL UO  + – R3 UB DZ Uf R1 调整元件 比较放大 基准电压 取样电路

当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO 升高时,有如下稳压过程: 2. 稳压过程 UI T R2 UZ RL UO  + – R3 UB DZ Uf R1 由电路图可知 当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO 升高时,有如下稳压过程: UO Uf  UB  IC  UCE  UO 由于引入的是串联电压负反馈,故称串联型稳压电路。

3. 输出电压及调节范围 Ui T R2 UZ RL UO  + – R3 UB DZ Uf R1 输出电压

11.3.4 集成稳压电源 单片集成稳压电源,具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。 11.3.4 集成稳压电源 单片集成稳压电源,具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。 最简单的集成稳压电源只有输入,输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。 1. 分类 输出正电压 78XX 输出负电压 79XX 输出固定电压 输出可调电压 三端稳压器 XX两位数字为输出电压值 (1. 25 ~ 37 V 连续可调)

1 — 公共端 3—输入端 2 —输出端 1—输入端 3 —公共端 2 —输出端 2. 外形及引脚功能 塑料封装 1 — 公共端 3—输入端 2 —输出端 79xx 1—输入端 3 —公共端 2 —输出端 78xx W7800系列稳压器外形 W7900系列稳压器外形

3. 性能特点(7800、7900系列) 输出电流超过 1. 5 A(加散热器) 不需要外接元件 内部有过热保护 内部有过流保护 调整管设有安全工作区保护 输出电压容差为 4% 输出电压额定值有: 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等 。

4. 主要参数 (1) 电压调整率SU(稳压系数) 反映当负载电流和环境温度不变时,电网电压波 动对稳压电路的影响。 0.005~0.02% (2) 电流调整率SI 反映当输入电压和环境温度不变时,输出电流变化时输出电压保持稳定的能力,即稳压电路的带负载能力。 0.1~1.0%

(3) 输出电压 UO (4) 最大输出电流 IOM (5) 最小输入、输出电压差 (Ui -UO ) min (6) 最大输入电压 UiM (7) 最大功耗 PM

5. 三端固定输出集成稳压器的应用 (1) 输出为固定电压的电路 输出为固定正电压时的接法如图所示。 CO W7805 Ci Ui + _ UO 1 2 3 输入与输出之间的电压不得低于3V! 0.1~1F 1F 为了瞬时增减负载电流 时,不致引起输出电压 有较大的波动。即用来 改善负载的瞬态响应。 用来抵消输入端接线 较长时的电感效应, 防止产生自激振荡。 即用以改善波形。

(2)同时输出正、负电压的电路 2 3 220V + C W7815 Ci +15V 1 W7915 CO – 15V 24V 1F

当 IO较小时,UR较小,T截止 ,IC=0。 (3)提高输出电压的电路 CO W78XX Ci UI + _ UO 1 2 3 UXX UZ R DZ UXX: 为W78XX固定输出电压 UO= UXX + UZ (4)提高输出电流的电路 IO= I2 + IC CO W78XX Ci UI + _ UO 1 2 3 R UR IC I2 IO T + – 当 IO较小时,UR较小,T截止 ,IC=0。 当 IO > IOM时,UR较大,T导通 ,IO=IOM + IC R 可由功率管 T的UBE和稳压器的IOM确定, 即R  UBE /IOM 。

6. 三端可调输出集成稳压器的应用 CO CW117 Ci Ui + _ UO 3 2 1 Adj R1 R2 240 1µF 0.1µF 流过调整端电流 <100 µA,在要求不高的场合它在R2上的压降可以忽略 2、1两端电压为 1.25V — 基准电压

11.4 晶闸管及整流电路 晶闸管 (Silicon Controlled Rectifier) 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 11.4 晶闸管及整流电路 晶闸管 (Silicon Controlled Rectifier) 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域 扩展到强电领域。 晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性,但它的导通时间是可控的,主要用于整流、逆变、 调压及开关等方面。 优点: 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、 容量大(正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏)。

晶闸管 (Silicon Controlled Rectifier) 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域 扩展到强电领域。 晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性,但它的导通时间是可控的,主要用于整流、逆变、 调压及开关等方面。 优点: 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、 容量大(正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏)。

11.4.1 晶闸管的工作原理 1. 基本结构 三 个 PN 结 P1 N1 G P2 N2 阳极 A 11.4.1 晶闸管的工作原理 1. 基本结构 阳极 A 晶闸管是具有三个PN结的四层结构, 其外形、结构及符号如图。 三 个 PN 结 P1 P2 N1 N2 四 层 半 导 体 K G A (b) 符号 (a) 外形 G G 控制极 K 阴极 (c) 结构 晶闸管的外形、结构及符号

晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合 K G A P N A G K + K A T2 T1 _ P2 N1 N2 IG IA P1 IK G 晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合

2. 工作原理 + _ 形成正反馈过程 A T1 T2 EA R G EG 在极短时间内使两个三极管均饱和导通,此过程称触发导通。 K EA > 0、EG > 0

2. 工作原理 + _ 形成正反馈过程 A R T1 G EA T2 EG 晶闸管导通后,去掉EG , 依靠正反馈,仍可维持导通状态。 K EA > 0、EG > 0

晶闸管导通的条件: 1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。 2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。 晶闸管导通后,控制极便失去作用。 依靠正反馈,晶闸管仍可维持导通状态。 晶闸管关断的条件: 1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。 2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。

3. 伏安特性 I IF _ + 维持电流 IH o 反向转折电压 _ + 正向转折电压 U 正向平均电流 3. 伏安特性 o U I IF + _ 正向平均电流 维持电流 IG2 > IG1 > IG0 IG2 IG1 IG0 IH UBR URRM UFRM UBO U 反向转折电压 + _ 正向转折电压 反向特性 正向特性

4. 主要参数 UFRM: 正向重复峰值电压(晶闸管耐压值) 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。 一般取UFRM = 80% UB0 。 普通晶闸管 UFRM 为100V — 3000V 反向重复峰值电压 控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电压。 一般取 URRM = 80% UBR 普通晶闸管 URRM为100V—3000V URRM:

IF t 正向平均电流 IF: 环境温度为40C及标准散热条件下,晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。 如果正弦半波电流的最大值为Im, 则 t  2 IF 普通晶闸管IF为1A — 1000A。

UF: 通态平均电压(管压降) IH: 维持电流 在规定的环境和控制极断路时,晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。 在规定的条件下,通过正弦半波平均电流时, 晶闸管阳、阴极间的电压平均值。 一般为1V左右。 UG、IG:控制极触发电压和电流 室温下,阳极电压为直流6V时,使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。 一般UG为1到5V,IG为几十到几百毫安。

P--普通晶闸管 K--快速晶闸管 S --双向晶闸管 晶闸管型号及其含义 K P 晶闸管 普通型 导通时平均电压组别 共九级, 用字母A~I表示0.4~1.2V 额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者 额定正向平均电流(IF) (晶闸管类型) P--普通晶闸管 K--快速晶闸管 S --双向晶闸管 如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。

控制极加触发信号,晶闸管承受正向电压导 通, 11.4.2 可控整流电路 一. 单相半波可控整流 1. 电阻性负载  u uo RL + – uT T io (1) 电路 u > 0 时: 若ug = 0,晶闸管不导通, 控制极加触发信号,晶闸管承受正向电压导 通, u < 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通, uo = 0, uT = u ,故称可控整流。

(2) 工作原理  t t1  2  t u > 0时: 加触发信号,晶闸管承受正向电压导通 O  2 t1  t O u > 0时: 加触发信号,晶闸管承受正向电压导通 u < 0 时: 可控硅承受反向电压不导通 即:晶闸管反向阻断

 (3)工作波形 2  t t2 t1  t  t 导通角 t   控制角 接电阻负载时 O 2 t1 t2  t O  t O t O 导通角   控制角 接电阻负载时 单相半波可控整流电路电压、电流波形

(4)整流输出电压及电流的平均值 由公式可知: 改变控制角,可改变输出电压Uo。

2. 电感性负载与续流二极管 (1)电路 T + uT uo u  R –  ⃝ L eL 在电感性负载中 ,当晶闸管刚触发导通时,电感元件上产生阻碍电流变化的感应电势(极性如图),电流不能跃变,将由零逐渐上升(见波形)。 当电压u过零后,由于电感反电动势的存在,晶闸管在一段时间内仍 维持导通,失去单向导电作用。

( 2) 工作波形(未加续流二极管)   t O 2 t1 t2  t O  t O t O  

3.电感性负载(加续流二极管)  u uo R + – uT T io (1) 电路 + – u> 0时: L T io D (1) 电路 + – u> 0时: D反向截止,不影响整流电路工作。 u < 0时: D正向导通,晶闸管承受反向电压关断,电感元件L释放能量形成的电流经D构成回路(续流),负载电压uo波形与电阻性负载相同(见波形图)。

(3)工作波形(加续流二极管)   t O 2  t O  t iL t O  

二. 单相半控桥式整流电路 + uo – io T1 T2 RL a  u b 1. 电路 2. 工作原理 (1)电压u 为正半周时 二. 单相半控桥式整流电路 io + – T1 T2 RL uo D1 D2 a  u b 1. 电路 2. 工作原理 (1)电压u 为正半周时 T1和D2承受正向 电压。 T1控制极加触发电压, 则T1和D2导 通,电流的通路为 T1、T2 晶闸管 D1、D2晶体管 a T1 RL D2 b 此时,T2和D1均承受反向电压而截止。

+ uo – io T1 T2 RL a  u b (2)电压u 为负半周时 T2和D1承受正向 电压。 T2控制极加触发电压, 则T2和D1导 通,电流的通路为 b T2 RL D1 a 此时,T1和D2均承受反向电压而截止。

3. 工作波形   t O 2  t O  t t O

4. 输出电压及电流的平均值

- u u0 两种常用可控整流电路 + T D2 D1 D4 RL D3 (1) 该电路只用一只晶闸管,且其上 无反向电压。 电路 特点 2. 晶闸管和负载上的电流相同。

- u uO + (2) T1 D1 R L T2 D2 1. 该电路接入电感性负载时,D1、D2 便起 电路 续流二极管作用。 特点 2. 由于T1的阳极和T2的阴极相连,两管控 制极必须加独立的触发信号。 三. 三相半波可控整流电路 动画

u u2a u2b u2c 三. 三相桥式半控整流电路 io u uo 1. 电路 T a b RL c o 2.工作原理 T1 D3 T2 三. 三相桥式半控整流电路 1. 电路 T T1 RL uo D3 T2 T3 D2 D1 io c b a u + – u2a 2  u2b u2c t1 t2 u o 2.工作原理 动画

11.4.3 晶闸管的保护 晶闸管承受过电压、过电流的能力很差,这是它的主要缺点。 晶闸管的热容量很小,一旦发生过电流时,温度急剧上升,可能将PN结烧坏,造成元件内部短路或开路。例如一只100A的晶闸管过电流为400A时,仅允许持续0.02秒,否则将因过热而损坏; 晶闸管耐受过电压的能力极差,电压超过其反向击穿电压时,即使时间极短,也容易损坏。若正向电压超过转折电压时,则晶闸管误导通,导通后的电流较大,使器件受损。

一. 晶闸管的过流保护 1. 快速熔断器保护 电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时,它能在晶闸管过热损坏之前熔断,切断电流通路,以保证晶闸管的安全。 快速熔断器接入方式有三种,如下图所示。 ~ 接在输出端 接在输入端 与晶闸 管串联

2. 过流继电器保护 在输出端(直流侧)或输入端(交流侧)接入过电流继电器,当电路发生过流故障时,继电器动作,使电路自动切断。 3. 过流截止保护 在交流侧设置电流检测电路,利用过电流信号控制触发电路。当电路发生过流故障时,检测电路控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲,从而使晶闸管导通角减小或立即关断。

~ 二. 晶闸管的过压保护 利用电容吸收过压。其实质就是将造成过电压 1. 阻容保护 的能量变成电场能量储存到电容中,然后释放到电 阻中消耗掉。 ~ R L R C C R C R 硒堆保护 (硒整流片) 晶闸管元件 的阻容保护 2. 硒堆保护

11.4.4 单结晶体管触发电路 一. 单结晶体管结构及工作原理 N 1.结构 P B2 第二基极 B2 发射极E 欧姆接触 接触电阻 E 11.4.4 单结晶体管触发电路 一. 单结晶体管结构及工作原理 1.结构 B2 第二基极 B1 N 欧姆接触 接触电阻 P 发射极E 第一基极 (b) 符号 B2 E B1 PN结 N型硅片 (a) 示意图 单结晶体管结构示意图及其表示符号

 2. 工作原理 由图可求得  – 分压比(0.5~ 0.9) A  UE <  UBB+UD = UP 时 _ RP  – 分压比(0.5~ 0.9) RB1 RB2 A UBB E UE + _ RP B2 B1  UE <  UBB+UD = UP 时 等效电路 PN结反偏,IE很小; UE  UP时  PN结正向导通, IE迅速增加。 UP – 峰点电压 UD – PN结正向导通压降 测量单结晶体管的实验电路

o 3 .单结晶体管的伏安特性 UE P UP 负阻区:UE>UP后, 大量空穴注入基区, 致使IE增加、UE反 而下降,出现负阻。 峰点电压 P 负阻区:UE>UP后, 大量空穴注入基区, 致使IE增加、UE反 而下降,出现负阻。 V UV 谷点电压 Ip IV 截止区 负阻区 饱和区 UP(峰点电压): 单结管由截止变导通 所需发射极电压。 UV、IV(谷点电压、电流): 维持单结管导通的最小 电压、电流。

有关,外加电压UBB或分压比不同,则峰点电 压UP不同。 单结晶体管的特点 B2 E B1 1. UE < UP时单结管截止; UE > UP时单结管导通, UE < UV时恢复截止。 2.单结晶体管的峰点电压UP与 外加固定电压UBB及分压比 有关,外加电压UBB或分压比不同,则峰点电 压UP不同。 3. 不同单结晶体管的谷点电压UV和谷点电流IV都 不一样。谷点电压大约在2 ~ 5V之间。常选用 稍大一些, UV稍小的单结晶体管,以增大输 出脉冲幅度和移相范围。

二. 单结晶体管触发电路 + uc ug 1. 振荡电路 单结晶体管弛张 R2 R 振荡电路利用单结管 的负阻特性及RC电路 二. 单结晶体管触发电路 1. 振荡电路 ug R2 R1 R U uc E + C _ 50 100k 300 0. 47F 单结晶体管弛张 振荡电路利用单结管 的负阻特性及RC电路 的充放电特性组成频 率可调的振荡电路。 单结晶体管弛张振荡电路

+ uC uC ug ug 2. 振荡过程分析 设通电前uC=0。 接通电源U, 电容C经电阻R充电。电容电压uC逐渐升高。 R2 E + C _ 50 100k 300 0. 47F 当uC  UP时,单结管导通,电 容C放电,R1上得到一脉冲电压。 uC t Up Uv ug t Up-UD (a) (b) 电容放电至 uC  Uv时,单结管重新关断,使ug0。

uC t ug O up 注意:R值不能选的太小,否则单结管不能关断,电路亦不能振荡。 uv (c) 电压波形

三. 单结管触发的半控桥式整流电路 uL uC ug 1. 电路 u1 主电路 u  R R2 u2 uZ 触发电路 + RL R1 RP T1 D1 D2 T2 u2 – uC uL ug u  主电路 触发电路

2. 工作原理 (1)整流削波 U2M t O Z R u2 + – uo uZ t O U2M 整流 t O UZ 削 波

uc ug uL (2) 触发电路 UZ R2 t uZ Up Uv t UP-UD (3) 输出电压uL t t O R1 RP + R ug uZ t O Up Uv t (3) 输出电压uL UP-UD RL T1 D1 D2 T2 uL + O O t

问 题 讨 论 1. 单结管触发的可控整流电路中,主电路和触发 电路为什么接在同一个变压器上? 目的:保证主电路和触发电路的电源电压同时过零(即两者同步),使电容在每半个周期均从零开始充电,从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同(即角一样)以使输出平均电压不变。 2. 触发电路中,整流后为什么加稳压管? 稳压管的作用:是将整流后的电压变成梯形(即削波),使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上,从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生 第一脉冲的时间,不受交流电源电压变化的影响。

uL 3. 一系列触发脉冲中,为什么只有第一个起作用? 如何改变控制角? 3. 一系列触发脉冲中,为什么只有第一个起作用? 如何改变控制角? 根据晶闸管的特性,它一旦触发导通,在阳极电压足够大的条件下,即使去掉触发信号,仍能维持导通状态。因此,每半个周期中只有第一个触发脉冲起作用。 改变充电时间常数即可改变控制角。 控制角变化的范围称为移相范围。 4. 电压的调节 R 电容充电速度变慢  uL

输出脉冲可以直接从电阻R1引出(如前图),也可 通过脉冲变压器输出。由于晶闸管控制极与阴极间 允许的反向电压很小,为了防止反向击穿,在脉冲 T1 + U1 RE1 - C T2 RC1 RE2 R2 T3 T4 D1 D2 DZ R 单结晶体管触发电路 输出脉冲可以直接从电阻R1引出(如前图),也可 通过脉冲变压器输出。由于晶闸管控制极与阴极间 允许的反向电压很小,为了防止反向击穿,在脉冲 变压器副边串联二极管D1, 可将反向电压隔开,而 并联D2,可将反向电压短路。

使用脉冲变压器的触发电器

~ 11.4.5 应用举例 1. 电瓶充电机电路 T + R1 R2 待 充 D R3 RP T1 电 瓶 DZ C R4 _ 11.4.5 应用举例 R1 ~ A V R2 R4 R3 RP D DZ T C + _ 待 充 电 瓶 T1 1. 电瓶充电机电路 该电瓶充电机电路使用元件较少,线路简单, 具有过充电保护、短路保护和电瓶短接保护。

~ 工作原理 R2 、RP、 C 、T1 、 R3 、 R4 构成了单结晶体管触发电路。 T + R1 R2 待 充 D R3 RP 电 A V R2 R4 R3 RP D DZ T C + _ 待 充 电 瓶 T1 当待充电电瓶接入电路后,触发电路获得所需电源电压开始工作。

当电瓶电压充到一定数值时,使得单结晶体管的峰点电压UP大于稳压管DZ的稳定电压,单结晶体管不能导通,触发电路不再产生触发脉冲,充电机停止充电。 R1 ~ A V R2 R4 R3 RP D DZ T C + _ 待 充 电 瓶 T1

~ 触发电路和可控整流电路的同步是由二极管D和电阻R1来完成的。 交流电压过零变负后,电容通过D和R1迅速放电。 RP向C充电。改变RP之值,可设定电瓶的初始充电 电流。 R1 ~ A V R2 R4 R3 RP D DZ T C + _ 待 充 电 瓶 T1

2. 双向晶闸管 相当于两个晶闸管反向并联,两者共用一个控制极。 特点: 符号: A1 A2 G 控制极 第一电极 第二电极 通过控制电压的控制可实现双向导通。

工作原理 UA1>UA2时,控制极相对于A2加正脉冲, 晶闸管正向导通,电流从A1流向A2。 UA2>UA1时,控制极相对于A2加负脉冲, 晶闸管反向导通,电流从A2流向A1。 A1 A2 G

交流调压电路  R C T u + _ 双向二极管: 只要在其两端加上一定数值的正或负电压即可使其导通。 双向二极管