电工电子技术 第九章 直流稳压电源

的电压。这样在 u2的整个周期内，都有单向脉动的电压 输出，输出波形如图9.4所示。
2.负载上的直流电压和直流电流
由上述分析可知，桥式整流负 载电压和电流是半波整流的两倍。
u2
2U 2
o
2U 2 uo
Uo 0.9U 2
Io
0.9 U 2 RL
（9-7） （9-8）
o
iD= io uD1 , uD3
例9.1.1 一单相桥式整流电路，接到220V正弦工频交 流电源上，负载电阻 RL 50 ，负载电压 Uo 100 V。根据电 路要求选择整流二极管。
例9.1.1 一单相桥式整流电路，接到220V正弦工频交
流电源上，负载电阻 RL 50，负载电压 Uo 100 V。根据 电路要求选择整流二极管。
（4）稳压电路。
它能在电网电压和负载电流的变化时，保持输出直流 电压的稳定。它是直流稳压电源的重要组成部分，决定 着直流电源的重要性能指标。
2. 稳压电源的主要技术指标
（1）特性指标。 特性指标表明稳压电源工作特征的参数，例如，输
入、输出电压及输出电流，电压可调范围等。 （2）质量指标。
质量指标指衡量稳压电源稳定性能状况的参数，如稳 压系数、输出电阻、纹波电压及温度系数等。具体含义 简述如下：
9.3 滤波电路
整流电路的输出电压，虽然极性不变，但是其幅度仍 有大幅度波动，其中含有很大的交流分量。滤波器的功 能是利用电抗元件（电容与电感）的频率特性，把整流 输出电压中的交流分量滤除掉。不同的电子设备，对电 源的要求也不一样，因此，不同电子设备的电源，所采 用的滤波电路也不相同。常用的滤波电路有电容滤波、 电感滤波和复式滤波。
UO
1
2
2 0
uodt
1
2
0
2U2sintdt
22
2
U2
0.45U 2
（9-4）
3. 整流二极管参数
由图9.2（a）可知，流过整流二极管的平均电流 与流
过负载的电流 相等，即
ID
IO
0.45U 2 RL
（9-5）
当二极管截止时，它承受的反向峰值电压 是变压器次 级电压的最大值，即
U DRM 2U 2
9.2.1 单相半波整流电路
1. 电路的组成及工作原理
图9.2（a）所示为单相半波整流电路。它由变压器T和 整流二极管D组成。如果变压器的初级输人正弦电压 u1 ， 则在次级可得同频的交流电压 u2 ，设 u2 2U 2 sin t 。
当 u2为正半周时，A端电位高于B端电位，二极管D因 正向偏置而导通，电流由A端 D RL B端，自上而下 流过 RL ，在 RL 上得到上正下负的电压 uo ，若忽略二极
度T变化所引起的输出电压的变化，即
ST
UO T
UI 0,IO 0
（9-3）
式中，ΔUO为漂移电压。ST越小，漂移越小，该稳压电路 受温度影响越小。另外，还有其它的质量指标，如负载调 整率、噪声电压等。
9.2 单相整流电路
把交流电转换成直流电的电路称为整流电路。单相整 流电路分为半波整流、全波整流、桥式整流及倍压整流 电路等。
解 整流电流的平均值为 流过每个二极管的平均电流为
Io
Uo RL
100 50
2
A
ID
Io 2
2 2
1
A
变压器二次侧电压有效值为
U2
Uo 0.9
100 0.9
111
V
考虑到变压器二次侧绕组及二极管上的压降，变压器二 次侧电压一般应高出（5%～10%）U 2
即 U2 111 1.1 122 v
每只二极管截止时承受的最高反向电压为
管正向压降，负载上的电压 uo u2 ，波形如图9.2（b）
所示。 当 u2 是负半周时，A端电位低于B端电位，二极管D
因反向偏置而截止，电路中无电流流过，负载电压 uo 为 零。
A
uD ID
Io
D
u1
u2
RL uo
u2
2U 2
o
uo
2U 2
o
ID= Io
2
3 t
2
3 t
B
（a）电路图
o
2
uD
压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为了得到平
滑的负载电压，一般取
RL
C
3
~
5
T 2
（9-14）
式中，T为电源交流电压的周期。
（3）负载平均直流电压 随负载平均电流 增加而减小。 若C值一定，当 RL （即空载）时，负载直流电压 Uo 2U2 1.4U2 。当C = 0（即无电容）时，负载直流电压约为
反向电压作用截止，电容器C经 RL 放电，放电的时间常
数为
RL C
（9-12）
因 一般较大，故电容C两端的电压 uC 按指数规律慢慢
下降。其输出电压 uo uC ，如图9.6所示。与此同时，交 流电压 u2按正弦规律上升。当 u2 uC 时，二极管D1、D3受 正向电压作用而导通，此时 u2 经二极管D1、D3向负载 RL 提供电流，并向电容器C充电（接人负载时的充电时间常
o
uD
o
2
3 t
t
u2D2 ,
3 uD4
t
2 3
2
3 t
2U
uD2 , uD4
uD1 , uD3
图 9.4 桥式整 流电路波形图
3. 整流二极管参数
在桥式整流电路中，因为二极管D1、D3和D2、D4。 在电源电压变化的一个周内是轮流导通的，所以流过每 个二极管的电流都等于负载电流的一半，即
ID
图 9.6 桥式整流电容滤 波电路波形图
由图9.5电路可知，负载 RL 未接人时的情况：设电容
C两端初始电压为零，接人交流电源后，当 u2 为正半周
时， 通过D1、D3向电容器C充电； u2 为负半周时，经D2、 D4向电容器C充电，充电时间常数为
Rint组的直流电阻和二极管的正向电 阻。由于 Rint 一般很小，电容器很快就充电到交流电压 u2
1 2
Io
0.45 U 2 RL
（9-9）
整流二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压 就是 U 2 的最大值，即
U DRM 2U 2
（9-10）
桥式整流电路的优点是输出电压高、纹波电压小、管 子承受的最大反向电压较低，同时电源变压器的利用率 较高。但是电路中需用四个整流二极管。桥式整流电路 目前已做成模块（叫整流桥），其输出电流、耐反压等 指标有系列标称值可选用。
数 RL // Rint C Rint C 很小）。uC 随着交流电压 u2 升高到接
近最大值 2U2 。然后，u2又按正弦规律下降。当 u2 uC 时， 二极管受反向电压作用而截止，电容器C又经 RL 放电。电 容器C如此周而复始地进行充放电，负载上便可得到如图 9.5所示的一个近似锯齿状波动的电压 uo uC ，使负载电 压的波动大为减小。
o
2
2U 2
（b）波形图
3 t 3 t
图 9.2 单相半波整流电路
可见，在交流电压 的整个周期内，负载上将得到一 个单方向的脉动直流电压（大小变化，方向不变），由 于流过负载的电流和加在负载两端的电压只有半个周期 的正弦波，故称为半波整流。
2. 负载上的直流电压
直流电压是指一个周期内脉动电压的平均值，即
①稳压系数 ：指通过负载的电流和环境温度保持不变 时，稳压电路输出电压的相对变化量与输入电压的相对变 化量之比，即
UO / UO
U I / U I IL 0,T 0
（9-1）
②输出电阻ro：指当输入电压和环境温度保持不变时，
输出电压的变化量与输出电流变化量之比。即
式中，UI为稳压电源输入直流电压，UO为稳压电源 输出直流电压， 数值越小，输出电压的稳定性越好。
U DRM 2U2 122 2 172 v
为使整流电路工作安全，在选择二极管时，二极管的 最大整流电流 IOM应大于二极管中流过的电流平均值 IO ， 二极管的反向工作电压峰值 URM 应比二极管在电路中承受 的最高反向电压 U DRM大一倍左右。可选用2CZ12D二极管， 其最大整流电流为3A，反向工作峰值电压为300V。
的最大值 2U（2 极性如图9.5所示）。因电容器无放电回 路，故输出电压（即电容器C两端的电压 uC ）保持在 上2U，2 如图9.6中 时 部0 分所示。
接人负载 RL 的情况：设变压器副边电压 u2 从0开始 上升（即正半周开始）时接人负载 RL ，由于电容器在负
载未接人前充了电，故刚接人负载 时 u2 uC ，二极管受
图 9.1 直流稳压电源组成方框图
其各部分作用介绍如下： （1）电源变压器。 将电网交流电压变为整流电路所需的交流电压，一般
次级电压u2较小。
（2）整流电路。 将变压器次级交流电压u2变成单向的直流电压u3，它
包含直流成份和许多谐波分量。
（3）滤波电路。
滤除脉动电压u3中的谐波分量，输出比较平滑的直 流电压u4。该电压往往随电网电压和负载电流的变化而 变化。
ro
U O I O
U I 0,T 0
（9-2）
ro的值越小，带负载能力越强，对其它电路影响越小。
③纹波电压S：指稳压电路输出端中含有的交流分量， 通常用有效值或峰值表示。S值越小越好，否则影响正常 工作，如在电视接收机中表现交流“嗡嗡”声和光栅在 垂直方向呈现扭曲。
④温度系数ST：指在UI和IO都不变的情况下，环境温
（9-6）
根据式（9-5）、式（9-6）就可以选择整流二极管的 类型，但考虑到电网电压的波动和其他因素，在具体选择 二极管时要留有一定的余量。
9.2.2 单相桥式整流电路
1. 电路的组成及工作原理