第10章直流电源.ppt
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将交流电源通过变压、整流、滤波、稳压后 变为幅值稳定、电流稳定的直流电的设备称为直 流稳压电源。
输入电压为单相220V，输出电流在10A以下，
u1
整 u2 流 u3
滤 波 u4
稳 压 uo
电
电
电
路
路
路
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u 转变为平滑的直流电压u
整流输出电压平均值：
uo
t
Uo=0.9U2
几种常见的硅整流桥外形： u2 –
+ uo
+ ~~ -
~+~-
+AC-
整流电路的主要参数：
(1)整流输出电压的平均值
负载电压 Uo(AV)的平均值为:
( ) UO(AV)
1 2π
2π
0 uod
t
Βιβλιοθήκη Baidu
uo
0
2
t
22U2 0.9U2
uo
(2). 脉动系数Ｓ
1．电容滤波原理
a
以单向
桥式整流电 u1 u1 容滤波为例
进行分析，
D4
u2
D1
S
D3
C
RL
uo
a
u1 u1
D4
u2
D1
D3
C
D2 b
当RL未接入时(电容初始电压为0)：
u2
uo =uc= 2 U2
设t1时刻接
t1
S uo
RL
没时有的t电输容出
u1 u1
D4
u2
D1
D3
C
S uo
D2
RL
b
当RL接入时（假设RL是u2在从0上升时接入的）： u2
UO( AV)
2
U2
2
纹波系数Kγ：输出电压交流分量有效值与输出电压
2.单相全波整流电路
Ta
D1
原理：
+ – + –
u1
+
u–2 io RL
变压器副边中心抽头， 感应出两个相等的电压u2
+u2 uo
–
b
当u2正半周时， D1导 通，D2截止。
D2
当u2负半周时， D2导
单相全波整流电压波形
Ta
D1
D1
RL
D4
uo
D2
–
u2负半周时电流通路
T-
u1
D3
u2
D1
D4
D2
+
RL
u0
单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形
a
D3
RL
u2
D1 D4
uo
D2 b
u2
u2>0 时
u2<0 时
D1,D4导通 D2,D3截止 电流通路:
D2,D3导通 D1,D4截止 电流通路:
a D1 b D2 RLD4b RLD4a
二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：
Ta
D1
u1
u2 io RL u2 uo
二极管上的平均电流：
ID
1I 2
o
b D2
uD
二极管承受的最高反向电压：
t
0 2
3. 单相桥式整流电路
组成：由四个二极管组成桥路
T
u1
D3
u2
D1
RL
D4
uo
D2
D1 D2
RL
u2正半周时电流通路
+
T
u1
D3
u2
10.3 滤波电路
交流 整流
脉动
滤波 直流
电压
直流电压
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
一、电容滤波电路
电容滤波电路是使用最多也是最简单的滤波电路。
其结构为在整流电路的输出端并联一较大容量的电解 电容，利用电容对电压的充放电作用使输出电压趋于 平滑。该形式电路多用于小功率电源电路中。
二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：
uD
Ta
D
io uD
u1
u2
RL
uo
0
2
t
b 二极管上的平均电流： I = I
UDRM
脉动系数S：输出电压的基波峰值UO1M与平均电压 UO(AV)之比。
U O1 M 1 2 2 2 U 2cotc s o td (st2 )U 2 2
U2
S UO1M 2 1.57
10-1 单相整流电路
整流电路的任务： 把交流电压转变为直流脉动的电压。
整流电路分类：
单相
半波
三相
全波
本课主要介绍：
桥式 倍压整流
二极管 可控硅
1.单相半波整流电路
以单相半波整流电路为例说明整流电路的
工作原理。
设变压器附边输出电压有效值为U2。
+ –
u2 2U2si nt
Ta
D
当u2 >0 时:
平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管 的主要依据。
在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，
流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流 的一半。
ID
1 2
Io
（选购时：二极管额定电流 1.1ID)
二极管截止时两端承受的最大反向电压：
自行分析输出双极性电压单相桥式整流 电路和三相桥式整流电路工作原理。
u1
+ u2 io RL
二极管导通，uo=u2 uo 当u2<0时:
–
单相半波整流电压波形 u2
uD
Ta
D
0
2
3
t 4
uo
u1
u2
RL uo
b
uD
主要参数：
uD
Ta
D
io uo
u1
u2
RL uo
t
0 2
b 输出电压平均值（Uo(AV)）,输出电流平均值（Io(AV) )：
UO(AV )21 02u0d(t)21 [0u0d(t)2u0d(t)]
u2
u1
+
u2– io RL+
0
2
3
t 4
u2+ uo
uo
–
b D2
uD1
忽略二极管正向压降
主要参数：
输出T电a压平均D值1 Uo(AV)；输出电流平均值Io(AV)
u1
u2 io RL
uo
t
u2 uo
0 2
b
( ) ( ) UO(AV)
1
D 2
0 uo d t
1
0 2U2 sin t d t
D4
u2
D1
D3
C
S uo
D2
RL
b
RL接入（且RLC较大）时
t
加入滤波电容
uo
t
u2上升, u2大于电容
u2下降， u2小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。
电容C通过RL放电， uc按指数
规律下降，时间常数 = R C
u1 u1
D4
u2
D1
D3
C
D2 b
u2 只有整流电路输出 电压大于uc时，才 有充电电流。因此
S uo
RL
t
二极管中的
u1 u1
t
0 2
S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1M与Uo平均值 之比。S越小越好。
用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得:
u o 2 U 2 (2 3 4 c2 ot s 1 4c 54 ot s 3 4c 5 6 o t s )
基波
4 2U
基波峰值
(3)二极管平均电流与反向峰值电压
第十章 直流稳压电源
教学时数：6学时 重点与难点： 1、直流电源的组成 2、整流电路的结构、原理及性能指标 3、滤波电路的工作原理及性能指标 4、串联稳压电路的工作原理
10-1 直流电源的组成及各部分的 作用
在工业生产和日常生活中，许多电气设备和 家用电器中，通常需要电压电流稳定的直流电源 供电，而电网提供的通常为单相220伏或三相 380伏的交流电源；
输入电压为单相220V，输出电流在10A以下，
u1
整 u2 流 u3
滤 波 u4
稳 压 uo
电
电
电
路
路
路
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u 转变为平滑的直流电压u
整流输出电压平均值：
uo
t
Uo=0.9U2
几种常见的硅整流桥外形： u2 –
+ uo
+ ~~ -
~+~-
+AC-
整流电路的主要参数：
(1)整流输出电压的平均值
负载电压 Uo(AV)的平均值为:
( ) UO(AV)
1 2π
2π
0 uod
t
Βιβλιοθήκη Baidu
uo
0
2
t
22U2 0.9U2
uo
(2). 脉动系数Ｓ
1．电容滤波原理
a
以单向
桥式整流电 u1 u1 容滤波为例
进行分析，
D4
u2
D1
S
D3
C
RL
uo
a
u1 u1
D4
u2
D1
D3
C
D2 b
当RL未接入时(电容初始电压为0)：
u2
uo =uc= 2 U2
设t1时刻接
t1
S uo
RL
没时有的t电输容出
u1 u1
D4
u2
D1
D3
C
S uo
D2
RL
b
当RL接入时（假设RL是u2在从0上升时接入的）： u2
UO( AV)
2
U2
2
纹波系数Kγ：输出电压交流分量有效值与输出电压
2.单相全波整流电路
Ta
D1
原理：
+ – + –
u1
+
u–2 io RL
变压器副边中心抽头， 感应出两个相等的电压u2
+u2 uo
–
b
当u2正半周时， D1导 通，D2截止。
D2
当u2负半周时， D2导
单相全波整流电压波形
Ta
D1
D1
RL
D4
uo
D2
–
u2负半周时电流通路
T-
u1
D3
u2
D1
D4
D2
+
RL
u0
单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形
a
D3
RL
u2
D1 D4
uo
D2 b
u2
u2>0 时
u2<0 时
D1,D4导通 D2,D3截止 电流通路:
D2,D3导通 D1,D4截止 电流通路:
a D1 b D2 RLD4b RLD4a
二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：
Ta
D1
u1
u2 io RL u2 uo
二极管上的平均电流：
ID
1I 2
o
b D2
uD
二极管承受的最高反向电压：
t
0 2
3. 单相桥式整流电路
组成：由四个二极管组成桥路
T
u1
D3
u2
D1
RL
D4
uo
D2
D1 D2
RL
u2正半周时电流通路
+
T
u1
D3
u2
10.3 滤波电路
交流 整流
脉动
滤波 直流
电压
直流电压
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
一、电容滤波电路
电容滤波电路是使用最多也是最简单的滤波电路。
其结构为在整流电路的输出端并联一较大容量的电解 电容，利用电容对电压的充放电作用使输出电压趋于 平滑。该形式电路多用于小功率电源电路中。
二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：
uD
Ta
D
io uD
u1
u2
RL
uo
0
2
t
b 二极管上的平均电流： I = I
UDRM
脉动系数S：输出电压的基波峰值UO1M与平均电压 UO(AV)之比。
U O1 M 1 2 2 2 U 2cotc s o td (st2 )U 2 2
U2
S UO1M 2 1.57
10-1 单相整流电路
整流电路的任务： 把交流电压转变为直流脉动的电压。
整流电路分类：
单相
半波
三相
全波
本课主要介绍：
桥式 倍压整流
二极管 可控硅
1.单相半波整流电路
以单相半波整流电路为例说明整流电路的
工作原理。
设变压器附边输出电压有效值为U2。
+ –
u2 2U2si nt
Ta
D
当u2 >0 时:
平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管 的主要依据。
在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，
流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流 的一半。
ID
1 2
Io
（选购时：二极管额定电流 1.1ID)
二极管截止时两端承受的最大反向电压：
自行分析输出双极性电压单相桥式整流 电路和三相桥式整流电路工作原理。
u1
+ u2 io RL
二极管导通，uo=u2 uo 当u2<0时:
–
单相半波整流电压波形 u2
uD
Ta
D
0
2
3
t 4
uo
u1
u2
RL uo
b
uD
主要参数：
uD
Ta
D
io uo
u1
u2
RL uo
t
0 2
b 输出电压平均值（Uo(AV)）,输出电流平均值（Io(AV) )：
UO(AV )21 02u0d(t)21 [0u0d(t)2u0d(t)]
u2
u1
+
u2– io RL+
0
2
3
t 4
u2+ uo
uo
–
b D2
uD1
忽略二极管正向压降
主要参数：
输出T电a压平均D值1 Uo(AV)；输出电流平均值Io(AV)
u1
u2 io RL
uo
t
u2 uo
0 2
b
( ) ( ) UO(AV)
1
D 2
0 uo d t
1
0 2U2 sin t d t
D4
u2
D1
D3
C
S uo
D2
RL
b
RL接入（且RLC较大）时
t
加入滤波电容
uo
t
u2上升, u2大于电容
u2下降， u2小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。
电容C通过RL放电， uc按指数
规律下降，时间常数 = R C
u1 u1
D4
u2
D1
D3
C
D2 b
u2 只有整流电路输出 电压大于uc时，才 有充电电流。因此
S uo
RL
t
二极管中的
u1 u1
t
0 2
S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1M与Uo平均值 之比。S越小越好。
用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得:
u o 2 U 2 (2 3 4 c2 ot s 1 4c 54 ot s 3 4c 5 6 o t s )
基波
4 2U
基波峰值
(3)二极管平均电流与反向峰值电压
第十章 直流稳压电源
教学时数：6学时 重点与难点： 1、直流电源的组成 2、整流电路的结构、原理及性能指标 3、滤波电路的工作原理及性能指标 4、串联稳压电路的工作原理
10-1 直流电源的组成及各部分的 作用
在工业生产和日常生活中，许多电气设备和 家用电器中，通常需要电压电流稳定的直流电源 供电，而电网提供的通常为单相220伏或三相 380伏的交流电源；