讲义第7章直流稳压电源概要

第7章 直流稳压电源

现实生活当中，需要直流电源的地方很多：

（1）小型直流电动机，电子设备中 （小功率）

（2）电解，电镀，电机车，直流电动机 （大功率）

为了得到直流电，目前广泛采用由交流电变为直流电的各种半导体直流电源。

图7-1给出了一般半导体直流电源的原理框图。

直流电源的功能：把交流电压变成稳定的大小合适

的直流电压。

（1）整流变压器：将220/50V HZ 的交流电变换为

低压交流电。

（2）整流电路：利用二极管的单向导电性，将正弦电压转换成单向脉动直流电压。

（3）滤波电路：滤掉单向脉动直流电压中的交流分量，保留直流分量，减小脉动，使电压平滑。

（4）稳压电路：使输出的直流电压稳定，不受负载和电网电压影响

7.1 单相桥式整流电路

1、电路组成 （如图7-2所示）

整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电压变换为直流电的电子电路。

小功率的整流使用较多的是单相桥式整流电路。

它由单相电源变压器T ，四只整流二极管1

4VD VD 和负载电阻L R 组成。四只整流二极管接成电桥形式，因此称作单相桥式整流电路。

2、工作原理与波形

分析前提：假设电源变压器和二极管都是理想器件。

分析时忽略变压器绕组阻抗上的电压降、二极管的正向电压降和反向饱和电流。

把二极管当作理想元件：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。 分析：设电源变压器二次电压为：222sin u U t ω=（桥式电路的输入电压）

（1）0t ωπ=，即2u 的正半周时，a b V V ，二极管1VD 、3VD 正向电压

导通，二极管2VD 、4VD 承受反向电压截止。

则电流i 的通路为：13L a VD R VD b a →→→→→

在0π区间，负载电阻L R 上得到一个近似对于2u 的正半波电压，如图7-3

（b ）所示

（2）2t ωππ=，即2u 的负半周时，a b V V ，二极管2VD 、4VD 正向电压导通，二极管1VD 、3VD 承受反向电

压截止。则电流i 的通路为：24L b VD R VD a b →→→→→

在2ππ区间，负载电阻L R 上得到一个近似对于2u 的正半波电压，如图7-3（b ）所示。

结论：当电源电压2u 变化一周时，在负载电阻L R 上得到的电压o u 和电流o i 是单方向全部正脉动波形。

3、定量计算

（1）负载电阻L R 上的电压平均值及电流平均值

2

220021

1

()2sin ()20.9o o U U u d t U td t U π

π

ωωωπππ===⨯=⎰⎰ ；20.9o o L L

U U I R R == （2）变压器二次电压有效值：2 1.110.9o o U U U =

= 变压器二次电流有效值：22 1.11 1.11o o L L

U U I I R R === （3）整流二极管的额定值 （选取整流二极管的依据） 二极管的正向电流额定值：210.452DF o L

U I I R == 二极管承受的最高反向电压：22DRM U U =

（4）输出电压的脉动程度

脉动系数S ：最低次谐波分量的幅值与直流分量的比值称作脉动系数。

o u 的傅里叶级数展开式为：2244(2cos 2cos 4)315

o U u t t ωωπ=---，则脉动系数S 为：224230.670.9U S U π=≈ 脉动系数越小，脉动程度也越小。

常见的整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；桥式有单相和三相整流等。

（书上129页，例题7-1、7-2）

7.2 滤波电路

交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。

这种电压用来作电镀、蓄电池充电的电源是允许的，但作为电子设备的电源，将产生不良影响，使之不能正常工作。 在整流电路之后，必须加接滤波电路，尽量减小输出电压中的交流分量，留下直流分量，使之接近于理想的直流电压。

滤波电路：将电容与负载L R 并联或者将电感与负载L R 串联)。

7.2.1 电容滤波电路

1、电路连接方式 （如图7-5所示）

结构：在单相桥式整流电路的输出端和负载L R 之间并联电容C 构成。

2、滤波过程

（1）滤波原理：滤波电路利用储能元件电容C 两端的电压不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。

（2）滤波过程

① 2u 从零上升到最大值，二极管导通1VD 、3VD 正向电压导通，二极管2VD 、4VD 承受反向电压截止。电源在给负载L R 供电的同时也给电容C 充电，C u 增加，o C u u = 。

② 2u 从最大值开始下降，2

C u u 时o C u u =；当2C u u 时所有二极管截止，电容C 通过负载L R 放电，C u 按指

数规律下降，o C u u =。

（电路波形如图7-6所示）

3、电容滤波电路的特点

（1）输出电压的脉动程度与平均值o U 与放电时间常数L R C 有关。

L R C 越大→电容器放电越慢→输出电压的平均值o U 越大，波形越平滑

（2）外特性曲线 （如图7-7所示）

采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。因此

电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。

（3）流过二极管的瞬时电流很大

L R C 越大→o U 越高，o I 越大→二极管导通时间越短→二极管的峰值电流越大→产生冲击电流，容易损坏二极管

二极管上有冲击电流，选管时应留有足够的余量。

4、输出平均电压的计算

单相半波时：2o U U = ； 单相全波时：21.2o U U = 为了得到比较平直的输出电压，一般取L (35)

2

T τR C =≥- （T —电源电压的周期）

（书上133页，例题7-3）

7.2.2 电感滤波电路

1、电路结构 （如图7-8所示）

电感滤波电路：在整流电路的输出端和负载L R 之间串联电感L 构成。

2、滤波原理

当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化，使负载电流和电压的脉动减小。