整流稳压电路大全

第十章直流稳压电源福建师范大学福清分校学习要点1．整流电路（二极管单向导电性）：半波整流；全波整流：桥式整流。2．滤波电路：电容滤波（桥式整流）；电感滤波。3．稳压电路：稳压管稳压电路；串联式稳压电路；电路结构及工作原理（四个组成部分、稳压过程）。4．集成稳压器：三端固定式集成稳压器及其使用；三端可调式集成稳压器。5．开关型稳压电路、可控硅整流电路、单结管的触发电路。§10.1直流电源的组成电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路:采用负反馈技术进一步稳定直流电压，减少电网波动及负载变化的影响,保持输出电压u0的稳定。直流稳压电源作用将交流电转为直流电压。§10.2单相整流电路整流电路是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式整流等。为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。§10.2.1单相半波整流电路tUsin22LRU2222U22U优点：使用元件少。缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。2022045.0sin22121uttdutduULL）（）（输出电压平均值（U0）：二极管上的平均电流：ID=I0二极管上承受的最高电压：22UUDRM57.1/22/222UUS输出电压脉动系数:u正半周，VaVb，二极管D导通；u负半周，VaVb，二极管D截止。§10.2.2单向全波整流电路当u2负半周时，D2导通，D1截止当u2正半周时，D1导通，D2截止其特点是输出电压波动小，变压需中心抽头，绕制复杂，成本高，笨重。输出电流平均值：202209.0sin2121UttdUtduULL）（）（输出电压平均值UL：LLLLRURUI29.0输出电压脉动系数为:67.0/22)3/(2422UUS流过二极管的平均电流：二极管承受的最高反向电压：2LDII222UUDRM§10.2.3单相桥式整流电路u20时u20时D1,D3导通，D2,D4截止电流通路:由+经D1RLD3-D2,D4导通，D1,D3截止电流通路:由-经D2RLD4+输出是脉动的直流电压2LDII输出直流电压：2202O(AV)9.022)(tdsin21UUtUU脉动系数：67.02232422O(AV)O1mUUUUS二极管正向平均电流：O(AV)D(AV)21II二极管最大反向峰值电压：2RM2UU单相整流电路的主要参数主要参数电路形式UO（AV）/U2SID（AV）/IO（AV）URM/U2半波整流0.45157%100%1.41全波整流0.9067%50%2.83桥式整流0.9067%50%1.41单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以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。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。三相桥式整流电路1.电路三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形。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。2、工作原理t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto负载电压uouaubuC2t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。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。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。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。3、参数计算整流电压平均值：整流电流平均值：流过每管电流平均值：每管承受的最高反向电压：2.34U))d(30sin(23π1ab2π6π0ttUULL34.2οoRURUIo31DIIUU23DRM§10.3滤波电路许多电子设备需要平稳的直流电源。所以整流电路后面还需加滤波电路将交流成分滤除，得到比较平滑的输出电压。通常是利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流阻抗大，对交流阻抗小，C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与负载串联。经过滤波电路后，提高直流分量比例、减小交流分量比例，减小电路的脉动系数达到平滑输出电压波形的目的。§10.3.1电容滤波通过电容的储能作用，在u2升高时，把部分能量储存起来（充电），在u2降低时，把储存的能量释放出来（放电），从而在负载RL上得到一个比较平滑的、近似锯齿形的输出电压uo，使其脉动程度大为降低。适用于负载电流较小的场合。充电过程：放电过程：2UUL)2(1ttCRtmLLeUU2)2(2tt当v2到达90°时，v2开始下降。电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过90°时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90°时二极管仍然导通。在超过90°后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。滤波电容越大，二极管导通时间就越短，通过二极管的电流就越大。电容滤波的计算一般常采用以下近似估算法：输出直流电压：在RLC=(35)T/2的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2脉动系数S约为10%~20%。输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,Uo和S也随之改变。如:RL越小、C越大，Uo下降越多,S越大。例：正弦波频率f=50Hz（即T=0.02s），设C=2500μF，RL=1kΩ，则：%2.0102.0105.2104133S)144(2LLmcdRCfRCfUU§10.3.2RC-型滤波电路输出直流电压：脉动系数S约为：电容滤波后面再加一级RC滤波，因为R1有直流压降，所以效率要低一点，只能用于负载电流较小的场合。1234C1C2R1RL+--+UiUo]1)(44[1112dLLmcRRCfRCfUULRRCCS121242§10.3.3电感滤波电路和LC滤波电路一、电感滤波电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感L。利用电感对高频电流的感抗很大，使负载电流中的谐波分量降低，达到滤波目的。特点:整流管导通角较大，峰值电流很小，输出特性平坦，适用于低电压大电流的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大。++++4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL负载交流分量有效值:负载直流分量:LmcRUI2d222224234LRUILmL脉动系数S：22241232LRRSLL当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：UO=0.9U2二、LC滤波电路为进一步改善滤波特性。在电感滤波后面再加一级电容滤波。++++uo+-LCu-i+负载交流分量有效值:负载直流分量:脉动系数S：mcUU2d2LCUL2132CLS232§10.3.4LC-型滤波电路脉动系数S：21332CCLS五种滤波电路外特性比较。§10.4倍压整流电路§10.4.1二倍压整流电路倍压整流是利用电容器的充放电工作方式。其特点是在小电流的条件下，能获得高于输入交流电压幅值的直流电压。并联二倍压整流电路U1U2D1D2C1C2RLUL串联二倍压整流电路U1U2D1D2C1C2RL22U22U并联二倍压整流电路工作原理：u2的正半周时：D1导通，D2截止，理想情况下，电容C1的电压充到：u2的负半周时：D2导通，D1截止，理想情况下，电容C2的电压充到：§10.4.2多倍压整流电路适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。U1U2D1D2C1C2RLC3C4C5C6C7C8D3D4D5D6D7D8mDUU2二极管耐压：电容器耐压：mCUU2§10.5硅稳压管稳压电路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。引起输出电压变化的原因是：1、交流电网电压通常允许有±15%的波动，这将使整流电压的直流分量随之变化；2、负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，使输入电压变化。二、稳压系数反映电网电压波动时对稳压电路的影响。常数常数LLOIIOIIOOrΔΔ/Δ/ΔRRUUUUUUUUS§10.5.1稳压电路的主要指标一、内阻反映稳压电路受负载变化的影响。实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。常数IOOoΔΔUIUR四、电流调整率%100=0=OOIIVVVS%1001=0=IOOVOIVVVS三、电压调整率：输出电流从零变化到最大额定值时，输出电压的相对变化值。p-opp-iprip20lg=VVS五、纹波抑制比：输入电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝数。%1001=0=0,=OOTIOVITVVS六、输出电压的温度系数：如果考虑温度对输出电压的影响,则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数。§10.5.2硅稳压管的伏安特性iuUZ△I△UIzminIzmax伏安特性主要是反向击穿区，高于7V以上是雪崩击穿，低高于4V以下是齐纳击穿，中间段两种击穿都有可能。在反向击穿区，流过稳压管的电流发生很大变化，两端电压基本不变。§10.5.3硅稳压管稳压电路一、电路组成和工作原理稳压原理：利用稳压管的反向击穿特性。当电路电源电压或负载电流变化时，引起IZ变化，使R上的电压发生变化来维持输出电压不变。(1)当输入电压变化时U2UOIZIRURUO(2)当负载电压变化时IOUOIZIRURUO二、内阻和稳压系数的估算1.内阻RoZZIOo//ΔΔrRrUUR2.稳压系数SrOIZIIOOr/Δ/ΔUURrUUUUS三、限流电阻的选择1.当电网电压最高和负载电流最小时，IZ的值最大，此时IZ不应超过允许的最大值，即LminZmaxZImaxIIUUR2.当电网电压最低和负载电流最大时，IZ的值最小，此时IZ不应低于其允许的最小值，即LmaxZminZIminIIUUR§10.6串联型稳压电源优点：工作电流较大，输出电压可连续调节；缺点：损耗较大，效率低。§10.6.1电路组成和工作原理1234CVDZRR1R2R3RLQUFR、VDZ：基准电压UF：比较放大Q：调整管R1~R3：取样输入电压VI的增加，会使输出电压VO有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得误差信号ΔV。误差信号经放大后，用VO1去控制调整管的管压降VCE增加，从而抵消输入电压增加的影响。VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓负载电流IL的增加，必然会使输入电压VI有所减小，输出电压VO必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得的误差信号使VO1增加，从而使调整管的管压降VCE下降，从而抵消因IL增加，使输入电压减小的影响。IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑VO1为调整管的基极电压§10.6.2输出电压调节范围REF2321O1O)'+(1=VRRRRVV其中、为电位器R2的上下两部分的电阻，调节活动端，就可以改变输出电压。当R2的滑动端调至最上端时，UO为最小值；当R2的滑动端调至最下端时，UO为最大值。2'R2R计算输出电压的调节范围。例解：)21()1(443121REF0PPZRRRRRVRRVVVRRRRRVV9)(P44P31ZOminVRRRRVV18)(44P31ZOmax§10.6.3调整管的选择一、集电极最大允许电流二、集电极和发射极之间的最大允许电压三