第12章直流稳压电源的课件1

V 1 T 1 T

T
0
v dt
2
1 T 1 T

T
T
0
( v O V O ) dt
2 2
1 T
2

T
0
( v O 2 v O V O V O ) dt
2 2 2
2
T
0
v O dt
2

0
2 v O V O dt V O
2

V Orms 2V O V O
Tr
a
D4 D1
u2
RL D3
D2
uL
u1
b
Tr
u2
t ~ u1
D2、D4 通
a
D4
0
u2
RL D2
uL
D1、D3 通
uL
D2、D4 通
D1、D3 通
b
0
t T
12.2.2单相桥式整流电路
2．输出直流电压和纹波电压
输出直流电压：
VO 2 2 1 2
2

0
vO d t 2 2 V 2 0 . 9V 2
T 2
得实际估算公式:
V O 1 . 2V 2
V 0 . 12 V 2
V Orms V 2
4）纹波系数
由于输入是交流电压，在输出端将不可避免地含有交流分量。在交流电压 有效值、输出电流和温度不变的情况下，纹波电压是指直流稳压电源输出电 压的交流分量，即纹波电压vγ： v v O V O vO是输出电压的瞬时值，VO是输出电压的直流分量（即输出直流电压）。则 纹波电压的有效值Vγ：
1.工作原理： 有电容滤波、空载时 设t1时刻接 通电源
整流电路为电 容充电
v2
t1
t
充电结束
桥式整流 输出波形
vo
t
12.3.1电容滤波电路
桥式整流电容滤波电路
1.工作原理： 负载状态下： 在整流电路电压小于 电容电压时，二极管 截止，电容通过RL放 电，u0逐渐下降。
v2
t
vo
t
12.3.1电容滤波电路
滤波原理2：频率响应
－ 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。
12.3 电源滤波电路
几种滤波电路
（a）电容滤波电路 （b）电感电容滤波电路（г型） （c）型滤波电路
12.3.1电容滤波电路
桥式整流电容滤波电路
I 0 , T 0
2）输出电阻：
3）温度系数：
Ro
VO IO
V I 0 , T 0
ST
VO T
V I 0 , I 0
故 VO VO S v V I Ro I O S T T因此，电压调整率、输出电组和温度数越小，直流稳压电源的质量越好。
（b）v2<0的等效电路 根据二极管的单向导电性，在二极管加正向电压时导通，负载两端 有输出电压； 而在加反向电压时二极管截止，负载得不到输出电压。
1．电路组成和工作原理
输出直流电压:
VO 1 2

2
0
vO d t
1 2


0
2 V 2 sin td t
2

V 2 0 . 45 V 2
可见：采用电容滤波器之后，输出电压的脉动程度有 所改善，但带负载能力较差。
2．输出直流电压和纹波电压
输出平均电压:
VO 1 T /2

T /2
0
2 V 2 (1
1

t ) dt
2 V 2 (1
1 2

T 2
)
2 V 2 (1
T 4 RLC
)
输出电压有效值:
V Orms 1 T /2
V
V Orms V O
2
纹波系数γ通常定义为纹波电压有效值与直流分量的绝对值之比，即：

V VO V Orms VO
2 2
1
同样，纹波系数越小，直流稳压电源的质量越好。
12.2单相整流电路
12.2.1单相半波整流电路 1．电路组成和工作原理
设变压器副绕组的电压为
v2 2V 2 sin t 2V 2 sin 2 ft V 2 V on
桥式整流电容滤波电路
1.工作原理： RLC较大时
v2
只有整流电路输出电 压大于u0的时间区间， 才有充电电流。因此 vo 整流电路的输出电流 是脉冲波。
t
整流电路的 输出电流
t
12.3.1电容滤波电路
12.3.1电容滤波电路
在t=0时合上开关S，接入负载RL。电 容初始电压
v（ 0） C 2V 2 v 2
12.1 直流稳压电源概述
12.1.2 直流稳压电源的主要技术指标 1．特性指标
• 输入电压及其变化范围；
• 输出电压及调节范围； • 额定输出电流以及过流保护电流。
12.1.2 直流稳压电源的主要技术指标
2．质量指标
输出电压是输入电压、输出电流和温度（调节元件等的特性与温度有关） 等的函数，即： V O f (V I , I O , T )
为了提高整流电路的性能，抑制变压器的直流偏磁，减小 对电网的不利影响，常采用桥式整流电路。
桥式整流电路的四种画法：
Tr
a u2
RL
~ u1
b
uL
~
u2
RL
uL
~
u2
RL
uL
~
u2
RL
uL
桥式整流电路的外观和内部结构
圆桥2W06
排桥KBP306
12.2.2单相桥式整流电路
1.电路组成和工作原理
在变压器副边电压u2为正半周时，二极 管D1、D3导通，而二极管D2、D4截止。 ~ 当副边电压u2为负半周时，二极管 D2、D4导通，而二极管D1、D3截止。
RLC
有关。
12.3.1电容滤波电路
特点： A. 二极管的导电角 < ，
流过二极管的瞬时电流 很大。
B. 负载直流平均电压 VL 升高
d = RLC 越大， VL 越高
C. 直流电压 VL 随负载电流 增加而减少
T 当 d （3 5） 时，VL = ( 1.1 1.2 )V2 2
V R (1 . 5 ~ 2 )V DR
max
max
式中，IF和VR是二极管的最大平均整流电流和最高反向工作电压参数。 半波整流电路的输出直流电压小，纹波电压大，特性差。此外，变 压器仅工作半周，流入变压器和电网的电流是正弦半波，变压器具有直 流偏磁（铁芯易磁饱和），对电网造成较大的谐波污染。
12.2.2单相桥式整流电路
第12章 直流稳压电源
12.1 直流稳压电源概述 12.2单相整流电路
12.3 电源滤波电路
12.4线性稳压电路 12.5 集成线性稳压器 12.6开关稳压电路 12.7 开关集成稳压器
12.8 Multisim 仿真—三端固定稳压器W7805的特性
第12章 直流稳压电源
学习本章后，读者将了解：
•直流稳压电源的组成框图，直流稳压电源的性能指标： 电压调整率、输出电阻、温度系数和纹波系数； •单相整流：半波整流、桥式整流和倍压整流； •电容滤波、电感滤波和复式滤波； •线性稳压电路：并联稳压电路（稳压管稳压电路）和串 联稳压电路； •线性集成稳压器：三端固定式稳压器W7800和三端可调 稳压器W117； •开关稳压电路：串联稳压电路（降压型）、并联稳压电路 （升压型）和反激式稳压电路
(a) 2倍压整流电路 对2倍压整流电路，有：
(b) 6倍压整流电路
则Vo 2 2V2
u2 2V2 sin t
C1的耐压大于 ，C2的耐压应大于 。倍压整流电路一般用 于高电压、小电流（几毫安以下）的直流电源中。
12.3 电源滤波电路
滤波：滤去无用信息，留下有用信息的电路。 对整流电路的滤波，一方面要尽量降低输出电压中的脉 动成份，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出 电压接近于理想的直流电压。 滤波器的基本组成元件是电容或电感。 滤波原理1：暂态效应 －电容器两端的电压不能突变（跃变）和流过电感器的 电流不能突变的特性，用电容器与负载电阻并联或电感器 与负载电阻串联构成各种滤波电路。
uL
整流电 压波形
整流电压 平均值
uL t
0
VL 0.9V2
IL 2
t
0
VL 0.9V2
IL 2
t
VL 0.45V2
IL
二极管平 均电流
二极管反向 峰值电压 整流类型
2V2
2 2V2
2V2
半波
全波
桥式
12.2.3倍压整流
倍压整流：利用二极管的单向导电性为电容提供单极性电压， 将电容存储的电压（电荷存储效应）累加，形成等于若干倍交流电 压峰值的直流输出电压。
输出电压有效值:
V Orms 1 2 1 2

2
0
vO d t
2 2


0
( 2V 2 sin t ) d t
1 2
V2
纹波电压有效值:
V V Orms V O
2 2


2
4
2
2
V 2 0 . 545 V 2
纹波系数:

V VO

2
4
1 . 21


0
2V 2 sin td t

输出电压有效值：
V Orms 1 2

2
0
vO d t
2
2 2


0
( 2 V 2 sin t ) d t V 2
2
纹波电压有效值：
V V Orms V O
2 2

1
8

2
0 . 435 V 2
纹波系数：

V VO

2
2
8 2
0 . 483
说明纹波电压小于直流输出电压。
12.2.2单相桥式整流电路
3．整流二极管的选择
流过整流二极管的平均整 流电流等于负载直流电流的一 半，即：
I DF 1 2 IO VO 2RL 0 . 45 V2 RL
二极管承受的最大反向电压：
V DR 2V 2
12.1 直流稳压电源概述 12.1.1 直流稳压电源的作用和组成框图
220V 50Hz vac 整 流 滤 波 VAV
vp
稳 压
IO VO
直流 电压
图12.1.1 直流稳压电源框图
1、变压器：将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。 2、整流电路：将交流电源电压变换为单向脉动电压。 3、滤波器：减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。 4、稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流 输出电压稳定。
VI可以是电网电压的有效值Vac或者是滤波输出电压VAV。
VO V I VO VI
I 0 , T 0
IO
VO IO
V I 0 , T 0
T
VO T
V I 0 , I 0
定义：
1）电压调整率：
Sv
VO VO V I

T /2
0
[ 2 V 2 (1
1

t )] dt
2
2V 2 1
T 2

1 3
(
T 2
)
2
输出纹波电压:
V
V Orms V O
2 2
1 2 3

T 2

2V 2
T
纹波系数:

V VO

2 3 (2 T 2 )
在实际应用中，通常选择
R L C (3 ~ 5 )
通常用整流桥替代分立元件，其 体积减小，成本降低，可靠性高。 桥式整流电路的特点：输出直流电压较大，纹波电压较小，特性较好。 此外，变压器连续工作，流入变压器和电网的电流是正弦波，变压器没有直 流偏磁，对电网造成的谐波污染较小。
常见的几种整流电路
电 路
Io
u2 uL 0
u2
uL
u2
Io uL
Io
u2 uL
V2是副绕组的电压有效值，f是电源频率（50Hz），Von是二极管的导通电压。 在v2的正半周内(v2>0)，二极管D导通。有：
vD 0 v O v 2 2 V 2 sin t i i v / R O O L D 2 n t ( 2 n 1)
二极管截止，电容器C经RL放电， 放电时间常数:
R L C T
（交流电源周期）
电容电压:
vO (t ) vC (t )
1 t
2V 2 e


2 V 2 (1
1

t)
0 t
T 2
电容器C周而复始地进行充放电，负载上输出一个近似锯齿波的电压 vO，负载电压脉动程度大为减小，实现了输出电压的平滑。 显然， 负载电压的脉动程度与时间常数
2
说明纹波电压大于直流输出电压。
1．电路组成和工作原理
整流二极管的选择
流过整流二极管的平均整流电流等于负 载的直流电流，即:
I DF I O VO RL 0 . 45 V2 RL
二极管承受的最大反向电压:
V DR 2V 2
根据上述参数选择整流二极管，即:
I F (1 . 5 ~ 2 ) I DF
在v2的负半周内(v2<0)，二极管D截止。有：
iO i D 0 vO 0 v v 2 D ( 2 n 1) t 2 ( n 1)
硅整流二极管
整流桥
一体化硅桥 SQLF2000
青铜峡电解整流所
机车整流柜
整流管模块
1．电路组成和工作原理
（a）v2>0的等效电路