第十八章直流稳压电源.

第18章直流稳压电源18.2滤波器18.3直流稳压电源18.1整流电路第18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交流电源负载变压整流滤波稳压u1u1u2u2u3u3u4u4uOuO交流电源负载变压整流滤波稳压交流电源负载变压整流滤波稳压u1u1u2u2u3u3u4u4uOuO电源变压器将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路滤波电路稳压电路清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电uO的稳定。18.1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。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。整流原理：利用二极管的单向导电性。下面重点分析半波和桥式整流、滤波电路。–++–aTrDuOubRLiOu–++–aTrDuOubRLiO–++–aTrDuOubRLiOu18.1.1单相半波整流电路tuDO2.工作原理VaVb，二极管D导通。3.工作波形1.电路结构uOOtU2u正半周－－U2U2utOutOutOtuDOVaVb，二极管D导通。1.电路结构uOOtU2U2u正半周3.工作波形VaVb，二极管D截止。U2u负半周－18.1.1单相半波整流电路–++–aTrDuOubRLiOu–++–aTrDuOubRLiO–++–aTrDuOubRLiOu4.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值IO(3)流过每个二极管电流平均值IDODII(4)每个二极管承受的最高反向电压URMUU2RM(5)变压器二次电流有效值I)d(sin2π21ποttUU0.45OULLOO450RU.RUIO02m57.122d)sin(π21πIIIttIIommmIttdII0O)(sin215.整流二极管的选择平均电流ID与最高反向电压URM是选择整流二极管的主要依据。选管时应满足：IOMID，URWMURM优点：结构简单，使用的元件少。缺点：只利用了电源的半个周期，所以电源利用率低,输出的直流成分比较低；输出波形的脉动大;变压器电流含有直流成分，容易饱和。故半波整流只用在要求不高，输出电流较小的场合。uOuDttuOuDttRLuiOuOD1D2D4ab+–+–D3RLuiOuOD1D2D4ab+–+–D318.1.2单相桥式整流电路2.工作原理VaVb，二极管D1、D3导通，D2、D4截止。3.工作波形uD2uD41.电路结构－－U2U2u正半周utU2utU2RLuiOuOD1D2D4ab+–+–D3RLuiOuOD1D2D4ab+–+–D318.1.2单相桥式整流电路2.工作原理3.工作波形1.电路结构VaVb,二极管D2、D4导通，D1、D3截止。uD1uD3－－u负半周uD2uD4uOuDttuOuDttutU2utU2U2U2U2U24.参数计算(1)整流电压平均值UO(2)整流电流平均值IOLLOO90RU.RUI(3)流过每个二极管电流平均值ID负载电流的一半OD21II(4)每个二极管承受的最高反向电压URMUU2RM(5)变压器二次电流有效值I)d(sin2π10ttUπU0.9OUmmIttdII2)(sin10O2d)sin(π1π02mmIttIIooIII11.122S定义：整流输出电压的最低次谐波的幅值与平均值之比。脉动系数Ｓ用傅氏级数对全波整流的输出uo分解后可得:流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析。)4cosπ1542cosπ34π2(22OttVv67.032π22π32422VVS单相全波整流电路电路iD1iD2iL工作原理与波形思考1.与桥式整流电路相比较有何异同？2.如欲得到负的输出电压，二极管应如何连接？单相全波整流电路(a)电路图单相全波整流电路(b)波形图根据图（b）可知，全波整流电路的输出，与桥式整流电路的输出相同。输出平均电压为：22π02LO9.0π22)d(sin2π1VVttVVVL2L2Lo9.0π22RVRVII流过负载的平均电流为：2RM22VV二极管所承受的最大反向电压是桥式整流的两倍22DLLL220.45122πVVIIRR流过二极管的平均电流为：注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对:输入（交流）—-用有效值或最大值；输出（交直流）-—用平均值；整流管正向电流—-用平均值；整流管反向电压-—用最大值。单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。同时，全波整流时其电源变压器必须有中心抽头，需要变压器二次线圈是双绕组的。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。(1)输出直流电压高；(2)脉动较小；(3)二极管承受的最大反向电压较低；(4)电源变压器得到充分利用。目前，半导体器件厂已将整流二极管封装在一起，制成单相及三相整流桥模块，这些模块只有输入交流和输出直流引线，减少接线，提高了可靠性，使用起来非常方便。桥式整流电路的优点：18.1.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路的几种形式+uOiORL~D1D2D4D3+u+uOiORL~D1D2D4D3+u+uORLiO+u~+uORLiO+u~D1+uRL+uOiOD2D4D3~D1+uRL+uOiOD2D4D3~解：变压器二次电压有效值例1：单相桥式整流电路中，已知交流电网电压为220V，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。V111V9010090O..UU流过每只二极管的电流平均值A1A22121ODII每只二极管承受的最高反向电压V172V12222RMUU整流电流的平均值A2A50110LOORUI考虑到变压器二次绕组及二极管上的压降，变压器二次电压一般应高出5%~10%，即取U=1.1111V122V81122220.K变比I=1.11IO=1.112A=2.2A变压器二次电流有效值变压器容量S=UI=1222.2V.A=268.4V.A变压器二次电压U122VA1DIV172RMU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。例1：单相桥式整流电路中，已知交流电网电压为220V，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。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？例2：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，负载中有电流通过，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。uuOO++__~~uu++__RRLLDD22DD44DD11DD33uuOO++__~~uu++__RRLLDD22DD44DD11DD33423otuππππ423ottuππππuOto4π3π2ππuOtto4π4π3π3π2π2ππ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。uuOO++__~~uu++__RRLLDD22DD44DD11DD33uuOO++__~~uu++__RRLLDD22DD44DD11DD33RLD1uOD6D3D5D4D2iOCbau++––ORLD1uOD6D3D5D4D2iOCbau++––OD1uOD6D3D5D4D2iOCbau++––O18.1.3三相桥式整流电路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。1.电路三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形共阳极组共阴极组2.工作原理在一个周期中，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。Cbau1ND1RLuOD6D3D5D4D2iO+–u2u3+–+–+–变压器二次电压同一时间有两个管导通。二极管导通次序负载电压t1tt22tt33tt44tt55tt66tt77tt88tt99uou1u2u32tD5D4D1D4D1D6D3D6D3D2D5D2D5D4D1D4D1D6tOuOtOuOtOuOt1tt22tt33tt44tt55tt66tt77tt88tt99t1tt22tt33tt44tt55tt66tt77tt88tt99uou1u2u32tuou1u2u32tD5D4D1D4D1D6D3D6D3D2D5D2D5D4D1D4D1D6D5D4D1D4D1D6D3D6D3D2D5D2D5D4D1D4D1D6tOuOtOuOtOuO3.参数计算(1)整流电压平均值UO(2)整流电流平均值IOLLOO34.2RURUI(3)流过每个二极管电流平均值IDOD31II(4)每个二极管承受的最高反向电压URM为变压器二次侧线电压的幅值UU23RM))d(30sin(23π1ab2π6πttUOUU2.34交流电压脉动直流电压整流滤波直流电压经过整流后的电源电压虽然没有交流变化成分，但其脉动较大，需要经过滤波电路消除其脉动成分，使其更接近于直流。滤波的方法一般采用无源元件电容或电感，利用其对电压、电流的储能特性达到滤波的目的。18.2滤波器滤波的基本概念滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。滤波电路滤波电路的结构特点:电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。交流电压脉动直流电压整流滤波直流电压原理：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。滤波电路滤波电路（用于滤除整流输出电压中的纹波）几种滤波电路(一般由电抗元件组成）CCCC+LR+++（a）电容滤波电路—负载两端并联电容---一较大容量的电解电容（b）电感电容滤波电路（倒L型）—整流电路输出端与负载间串联电感L（c）型滤波电路电容C和电感L都能够使得当电源电压升高时，把能量存储起来，电源电压降低时，把能量释放出来，使负载上的电压（电流）比较平滑，具有平波作用电容器C接在最前面——电容输入式滤波电路（小功率电源中）电感器L接在最前面——电感输入式滤波电路（较大功率电源中）+CiCi=uC18.2.1电容滤波器(C滤波器)2.工作原理3.工作波形1.单相半波整流滤波uuC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。uuC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2RM22UU–++–aDuOubRLiO–++–aDuOu2bRLiOuOU2U2utOtOuOU22U22utOutOtO当RL未接入时(电容初始电压为0)：u2tuot设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束没有电容时