81单相整流滤波电路

第8章直流稳压电源8.1单相整流滤波电路教学要求掌握单相桥式整流电路的工作原理；掌握电容滤波电路的工作原理；了解电感滤波电路、∏型滤波电路的结构及原理。引言直流稳压电源是将交流电变换成功率较小的直流电，一般由变压、整流、滤波和稳压等几部分组成。整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。一、单相整流电路（一）半波整流电路单相半波整流电路如下图(a)所示，图中Tr为电源变压器，用来将市电220V交流电压变换为整流电路所要求的交流低电压，同时保证直流电源与市电电源有良好的隔离。设V为整流二极管，令它为理想二极管，RL为要求直流供电的负载等效电阻。由图可见，负载上得到单方向的脉动电压，由于电路只在u2的正半周有输出，所以称为半波整流电路。半波整流电路结构简单，使用元件少，但整流效率低，输出电压脉动大，因此，它只使用于要求不高的场合。（二）桥式整流电路为了克服半波整流的缺点，常采用桥式整流电路，如下图所示，图中V1、V2、V3、V4四只整流二极管接成电桥形式，故称为桥式整流。1.工作原理和输出波形设变压器二次电压u2=21/2U2sinωt，波形如电压、电流波形图(a)所示。在u2的正半周，即a点为正，b点为负时，V1、V3承受正向电压而导通，此时有电流流过RL，电流路径为a→V1→RL→V3→b，此时V2、V4因反偏而截止，负载RL上得到一个半波电压，如电压、电流波形图(b)中的0～π段所示。若略去二极管的正向压降，则uO≈u2。电压、电流波形在u2的负半周，即a点为负b点为正时，V1、V3因反偏而截止，V2、V4正偏而导通，此时有电流流过RL，电流路径为b→V2→RL→V4→a。这时RL上得到一个与0～π段相同的半波电压如电压、电流波形图(b)中的π～2π段所示，若略去二极管的正向压降，uＯ≈－u2。由此可见，在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL，故RL上得到单方向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍，所以桥式整流电路输出电压平均值为uＯ=2×0.45U2=0.9U2。桥式整流电路中，由于每两只二极管只导通半个周期，故流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的一半，在u2的正半周，V1、V3导通时，可将它们看成短路，这样V2、V4就并联在u2上，其承受的反向峰值电压为URＭ=21/2U2。同理，V2、V4导通时，V1、V3截止，其承受的反向峰值电压也为URＭ=21/2U2。二极管承受电压的波形如电压、电流波形图(d)所示。由上图可见，在交流电压u2的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻RL，故RL上得到单方向全波脉动的直流电压。可见，桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压的两倍。桥式整流电路与半波整流电路相比较，其输出电压UO提高，脉动成分减小了。2.参数估算二、滤波电路整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（称为纹波电压）。应在整流电路的后面加接滤波电路，滤去交流成分。(一)电容滤波1.电路和工作原理设电容两端初始电压为零，并假定t=0时接通电路，u2为正半周，当u2由零上升时，V1、V3导通，C被充电，同时电流经V1、V3向负载电阻供电。忽略二极管正向压降和变压器内阻，电容充电时间常数近似为零，因此uo=uc≈u2，在u2达到最大值时，uc也达到最大值，然后u2下降，此时，ucu2，V1、V3截止，电容C向负载电阻RL放电，由于放电时间常数τ=RLC一般较大，电容电压uc按指数规律缓慢下降，当下降到|u2|uc时，V2、V4导通，电容C再次被充电，输出电压增大，以后重复上述充放电过程。其输出电压波形近似为一锯齿波直流电压。2.波形及输出电压例题分析（点击查看）（二）其他形式滤波电路1.电感滤波电路电路如下图所示，电感L起着阻止负载电流变化使之趋于平直的作用。直流分量被电感L短路，交流分量主要降在L上，电感越大，滤波效果越好。一般电感滤波电路只使用于低电压、大电流的场合。2.型滤波为了进一步减小负载电压中的纹波可采用型LC滤波电路。由于C1、C2对交流容抗小，而电感对交流阻抗很大，因此，负载RL上的纹波电压很小。