《整流滤波电路》PPT课件

uo的脉动系数S与uo1的脉动系数S´的关系：
U o1m U'o1m 1 1 S= = S' 2 2 Uo 1 LC U'o 1 LC
３、LC – 型滤波电路
L
uo1
u1
u2
C1
C2
RL
uo
显然， LC – 型滤波电路输出电压的脉动系 数比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由 于在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波 时，提高了输出电压。 请自行分析LC – 型滤波电路的输出 电压和脉动系数等基本参数。
单相半波整流电压波形 u2 T uD D
0 2 3 t 4
a u2 b
u1
uo
RL uo uD
输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io )： uD D T a io u o u1 u2 RL uo
0 2
t
1 1 2 Uo = uo d (t ) = 2 2 0 2U2 = 0.45U2 =
u0
+
D2、D3 导通， D1 、D4截止
集成硅整流桥：
+ – u2 ~ + ~ -
–
+
uo
4. 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的平均值为: uo
t
0 2
1 Uo = 2π

2π
0
t ) uod (
负载上的(平均)电流:
Uo Io = RL
D1 C D2
S
uo
RL
b
桥式整流电容滤波电路
a
u1
u1
u2
D4
D3 b
D1
S C uo RL
D2
当RL未接入时(电容初始电压为0)： u2 uo =uc= 2 U2
设t1时刻接 通电源 整流电路为 电容充电
t1
uo
充电结束
uc
（Rint为充电回 路等效电阻）
没有电容 t 时的输出 波形
τc=RintC
T
+
b
–
+
u2
+Βιβλιοθήκη Baidu
– +
u1
u2–
–
a
D1 io uo D2 RL
原理：
变压器副边中心抽头， 感应出两个相等的电压u2 当u2正半周时， D1导通，
D2截止。
当u2负半周时， D2导通，
D1截止。
单相全波整流电压波形 T
a
D1
+
u2
0 2 3 t 4
u1
u2 –
u2 b
+ –
io uo D2
Uo(AV)≈0.9U2
三、其他形式的滤波电路
改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如： RC– 型滤波电路：在电容滤波后再接一级RC滤 波电路。
L-C 型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。 LC – 型滤波电路：在电容滤波后面再接L-C 型 滤波电路。
性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。
t
u1
u1
u2
D4
D3 D1
S
C
D2 RL
uo
b
当RL接入时（假设RL是u2在从0上升时接入的）： u2 t uo
加入滤波电容
时的波形
无滤波电容
t
时的波形
uo
t
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 = RL C
u2上升, u2大于电容 上的电压uc,u2对电容充电， uo= uc u2
1 I = I D 2 o
（选购时：二极管额定电流 2ID)
二极管截止时两端承受的最大反向电压：
U RM = 2U 2
（选购时：最大反向电压 2URM)
§10.3
交流 电压
滤波电路
整流
脉动 直流电压
滤波
直流 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 用其对电压、电流的储能特性达到滤波的目的。
四． 倍压整流电路
利用滤波电容的充放电作用，将多个电容和二极 管组合可获得倍数于变压器附边电压的输出电压。
1、二倍压整流电路
–
a
uo C2 – +
+
u2的正半周时：D1导通， D2截止，理想情况下，电 容C1的电压：
UC 1 =
2U 2
u1
b
u2D1 – + C1
D2
u2的负半周时：D2导通， D1截止，理想情况下，电 容C2的电压：
１. RC – 型滤波器
改善滤波特性的方法：采取多级滤波
RC – 型滤波器
u1 u2 C1
R uo1´ C2 RL
uo
R
u1
u2
C1
uo1´ C2
RL
uo
uo的交流分量的基波的幅值：
U o1m =
U o1m
RL //( jX C 2 ) U'o1m R RL //( jX C 2 ) 1 RL C2 = U'o1m R RL 1 2 2 ( R // RL ) ( ) C2
（2）脉动系数Ｓ
uo
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:
2 4 4 4 uo = 2U 2 ( cos 2 t cos 4 t cos 6 t ) 3 15 35
基波
RLC 越大 Uo越高负载电流的平均值越大 ;
整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大 (c) 二极管承受的最高反向电压：U RM =
2U 2
(d) 滤波电容应选用耐压>1.1 2U 2 的电解电容。
由UO(AV)的表达式可看出，C越大， UO(AV)也越 大，IO(AV)也会增大，而整流管的通电时间却越短， 整流管的导通电流加大，如果C太大则初始充电时 间要长，整流管中通过的冲击电流时间加长，长时 间会影响整流管使用寿命。所以一般选择整流管时 ID(AV)＞（2~3） IO(AV) 。 改变RLC会对UO(AV)和S有影响，将UO(AV)和IO(AV) 的关系曲线称为输出特性，将S和IO(AV)的关系曲线 称为滤波特性，如果RLC越小，UO(AV)越低，则S 越大，而加大C可使滤波效果和负载能力增强，但 C不能无限增大。 所以电容滤波形式电路一般适用于输出电流较 小且负载变化不大的场合。
u1
u1
u2
D4
D3 b u2
只有整流电路输出 电压大于uc时，才 有充电电流。因此 二极管中的电流是 脉冲波。
D1
S C uo RL
D2
t
uo
二极管中的 电流
t
u1
u1
u2
D4
D3 b RL接入（且RLC较大）时 u2 电容充电时， 电容电压滞后 于u2。 uo RLC越小，输 出电压越低。
D1
UC 2 = U 2 UC 1 = 2 2U 2
即二倍压电压。
输出端的电压： U O = UC 2 = 2 2U 2
基波峰值
U o1M S= Uo
4 2U 2 2 3 π = = 0.67 3 2 2U 2 输出电压平均值 π
(3)二极管平均电流与反向峰值电压
平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管 的主要依据。
例如： 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。
10.1 整流与滤波电路
一. 单相整流电路
1.半波整流电路
T u1 a D – io u2 >0 时: 二极管导通，忽略二 极管正向压降， RL uo
+ u2
b
uo=u2
u2<0时: 二极管截止, uo=0
–
为分析简单起见，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。
+
U o1m U'o1m 1 1 S= = S' Uo C2 ( R // RL ) U'o C2 ( R // RL )
２、 L-C 型滤波电路
L
u1
u2 uo1
C
RL
uo
设uo1的直流分量为U´O，交流分量的基波的幅 值为U´O1m，： S' = 0.67 U U' = 0.9U
o o 2
即： U O(AV)
T = 2U 2 ( 1 ) 4RLC
Io(AV)= Uo(AV)/RL
脉动系数S：采用近似波形计算。 以（Uomax－Uomin）为基波峰-峰值，则
U Omax U Omin T = U Omax 2 4RLC T U Omax T 1 4RLC S = = = T 4RLC 4R C T L U Omax ( 1 ) 1 4RLC T
3. 桥式整流电路
组成：由四个二极管组成桥路
T D3 D1 D4 D2
u1
u2
RL
uo
D1
u2 D3
D2 D4
RL uo
u2
uo
u2正半周时电流通路
T u1
+
u2 D3 D1 D4 D2 RL uo
–
D1 、D4导通， D2、D3截止
u2负半周时电流通路
T u1
u2 D3 D1 D4 D2
RL
二、电感滤波电路
电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感L 就构成了电感滤波电路。 L
u1
u2
RL
uo
电感滤波原理
L
u1
u2
RL
uo
对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上
对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大部分降在XL上。
因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。 当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压:
b


0
2U2 sin td ( t)

Io= Uo /RL =0.45 U2 / RL
二极管上的平均电流及承受的最高反向电压： uD D T a i uD
u1
o
u2 b
RL
uo
t 0 2
UDRM
二极管上的平均电流： 承受的最高反向电压:
ID = IO
UDRM=
2U2
2.全波整流电路
U O ( AV ) =
Omax
Omin
2
由相似三角形关系可得：
U Omax U Omin U Omax
则： U O ( AV )
T = 2 RL C
U Omax U Omin T = U Omax 2 4RLC
U Omax U Omin U Omax U Omin = = U Omax 2 2 T = U Omax ( 1 ) 4RLC
实际uo的波动没有近似波形误差大，故实际S比 计算值要小。
(a) 输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关
RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大 T 一般取 = RLC ( 3 ~ 5 ) = ( 1.5 ~ 2.5 )T 2 近似估算: Uo(AV)≈1.2U2 (b) 流过二极管瞬时电流很大
S C uo RL
D2
t
t
2．电容滤波的主要参数
因为滤波的过程中含有正弦波、指数曲线及谐 波成分，一般很难用精确的数学表达式进行计算， 所以一般使用中多采用近似估算来确定其参数。 输出电压可以近似看成 锯齿波，如图所示。 设uc每次充电到峰值 Uomax= 2 U2后按RLC放电的 初始斜率线性下降，经过 T τ=RLC放电结束交于横轴； 并令在 2 （T为正弦波周 期）处为电容充放电转换时的电压值Uomin。 则： U U
U o1m =
RL //( jX C ) ' U o1m jX L RL //( jX C )
U o1m =
RL //( jX C ) ' U o1m jX L RL //( jX C )
1 RL 通常选择滤波元件的参数使得： C
U o1m
jX C 1 U'o1m = U'o1m 2 jX L jX C 1 LC
1 2 ( R // RL ) ( ) C2 1 ( R // RL ) 通常选择滤波元件的参数使得： C2
2
U o1m
RL = R RL
1 C2
U'o1m
U o1m
RL 1 U'o1m R RL C2 ( R // RL )
uo的脉动系数S与uo1的脉动系数S´的关系：
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。
1．电容滤波原理
以单向 桥式整流电 u1 容滤波为例 进行分析， 其电路如图 所示。 u1
a
u2
D4 D3
=
2 2U2

= 0. 9 U2
Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL
二极管上的平均电流及承受的最高反向电压： D1 T a 二极管上的平均电流： io u1 u2 RL 1 u2 b D2 uo uD
t 0 2
ID = I o 2
二极管承受的最高反向电压： U DRM = 2 2U2
RL+
uo uD1
忽略二极管正向压降 0 ~ ： uD2
uD2 = 2u2
输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io )： D1 T a uo i o u1 u2 RL u2 b D2 1 1 Uo = uo d (t ) = uo
0 2
t

0



0
2U2 sin td ( t)