第18章直流稳压电源

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例：有一单相半波整流电路，已知负载电阻RL＝750 ，变压器二次侧电压有一单相半波整流电路，已知负载电阻 U＝20V，试求 O，IO及URM，并选用二极管。并选用二极管。＝，试求U
D Tr a io
解：UO＝0.45U=0.45×20=9V ×
+ u –
b
RL
+ u
IO＝UO/RL=9/750=12mA 可选用二极管2AP4 可选用二极管2AP4，其最大整流电 2AP4，流为16mA 反向工作峰值电压为50V 16mA， 50V。流为16mA，反向工作峰值电压为50V。
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18.1 整流电路
整流电路的作用: 整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。整流原理：整流原理：利用二极管的单向导电性常见的整流电路：常见的整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等整流等。半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：二极管的正向导通电阻为零反向电阻为无穷大。正向导通电阻为零，二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。
第18章直流稳压电源章直流稳压电源
18.1 整流电路 18.2 滤波器 18.3 直流稳压电源
电子与通信工程系
电子学教研室
第18章直流稳压电源章直流稳压电源
小功率直流稳压电源的组成
变压交流电源
u1 u2 u3 u4
整流
滤波
稳压负载
uo
功能：功能：把交流电压变成大小合适的稳定的直流电压
电源变压器: 将交流电网电压u 变为合适的交流电压u 电源变压器将交流电网电压 1变为合适的交流电压 2。整流电路: 将交流电压u 变为脉动的直流电压u 整流电路将交流电压 2变为脉动的直流电压 3。滤波电路: 将脉动直流电压u 变为平滑的直流电压u 滤波电路将脉动直流电压 3转变为平滑的直流电压 4。保持输出电压u 稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响保持输出电压 o的稳定。压电路清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压的稳定。
C=
IOM =100mA UDRM =50V 取 RLC = 5 × T/2
可选用C=250µF，耐压为 µ ，耐压为50V的极性电容器可选用的极性电容器
0.05 0.05 = = 250 × 10− 6 F = 250µF RL 200
u
2U
O
b 由变压器Tr，整流元件D和负载 L组成。由变压器，整流元件和负载R 组成。和负载 D为理想元件为理想元件 Tr的初级输入电压有效值为的初级输入电压有效值为220V，频率的初级输入电压有效值为，的电网交流电。为50Hz的电网交流电。的电网交流电 Tr的次级输出电压设为：的次级输出电压设为：的次级输出电压设为
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18.2 滤波器
uo
(2)
流过二极管的瞬时电流很大
2U
O iD O
RLC 越大→ＵO 越高，IO 越大→整流二极越大→ 越高，越大→ 管导通时间越短→ 的峰值电流越大。管导通时间越短→ iD 的峰值电流越大。选管时一般取：选管时一般取： IOM = 1.5～ 2 ID
ωt
ωt
ωt
uo
2U
uD
O
u = 2U sinwt
ωt
ωt
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O
U为输出电压的有效值为输出电压的有效值
− 2U
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18.1 整流电路
因为R 上只有半个周期内有电压和电流，所以叫半波整流电路半波整流电路。因为 L上只有半个周期内有电压和电流，所以叫半波整流电路。负载上得到的电压极性虽然单向，但幅值是大小变化的，称为单向脉动电压。负载上得到的电压极性虽然单向，但幅值是大小变化的，称为单向脉动电压。单向脉动电压
− 2U
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ωt
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18.1 整流电路
5 整流二极管的选择
平均电流 IO 与最高反向电压 URM 是选择整流二极管的主要依据。是选择整流二极管的主要依据。
选管时应满足：选管时应满足： IDOM >IO ， URWM > URM 考虑电源的波动，大一倍左右。考虑电源的波动，二极管的反向工作电压要选的比URM大一倍左右。
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18.2 滤波器
交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，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。有交流成份。滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压或通过电感中的电流)不能突变的特性滤掉整流电路输出电压中的交流成份，电流不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直不能突变的特性流成份，达到平滑输出电压波形的目的。流成份，达到平滑输出电压波形的目的。滤波电路：电容滤波、滤波电路：电容滤波、电感滤波
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18.1 整流电路
4 主要参数
(1) 整流电压平均值 Uo
u
2U
UO =
π∫
1
π
0
2U sin ωtd(ωt ) =
2 2U
π
≈ 0.9U
ωt
比半波整流增加了一倍 (2) 整流电流平均值 Io
I o= Uo U = 0.9 RL RL
uo
2U
uD
− 2U
ωt ωt
C
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RC-π
电容滤波与负载并联电感滤波与负载串联
LC-π
倒L
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18.2 滤波器
一.电容滤波电路
C
+
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18.2 滤波器
（1）空载（RL=∞）时空载（ =∞） v2＞ vC时：二极管导通，二极管导通，C充电 v2＜ vC时：二极管截止，放电。二极管截止，C放电。由于R 由于 L=∞，无放电回，路，所以vC保持不变。所以保持不变。
(3) 每管承受的最高反向电压 URM
U RM = U m = 2U
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18.1 整流电路
5 整流二极管的选择
由于每两个二极管串连导电半周，因此，每个二极管中流过的电流由于每两个二极管串连导电半周，因此，只有负载电流的一半。只有负载电流的一半。
选管时应满足：选管时应满足： IDOM >0.5IO= 0.45U/RL， URWM > URM 0.5I
uD
uD1uD3
ωt ωt
2 工作原理
u 正半周，Va>Vb，二极管 D1、 D3 导正半周，通， D2、 D4 截止。 u 负半周，Va< Vb，二极管 D2、 D4 导负半周，通， D1、 D3 截止。
− 2U u u D2 D4
在U的整个周期内都有电流流过负的整个周期内都有电流流过负且方向一致，故称为全波整流载，且方向一致，故称为全波整流电路。电路。电子学教研室
放电慢，故电容两端电压接近平滑。放电慢，故电容两端电压接近平滑。
t
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18.2 滤波器
电容滤波电路的特点
输出电压的脉动程度和平均值U 与放电时间常数R 有关有关。 (1) 输出电压的脉动程度和平均值 o与放电时间常数 LC有关。
RLC 越大 → 电容器放电越慢输出电压的平均值U 越大，波形越平滑。 → 输出电压的平均值Uo 越大，波形越平滑。为了得到比较平直的输出电压
ID =
~
+ u –
1 1 U 1 30 IO = × O = × = 0.075 A 2 2 RL 2 200
+ C RL
+ uo –
变压器副边电压的有效值
U=
UO 30 = = 25V 1.2 1.2
二极管承受的最高反向电压 U DRM = 2U = 2 × 25 = 35 V 可选用二极管2CP11 可选用二极管 2. 选择滤波电容器已知R 已知 L = 50Ω Ω
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o
–
U RM = 2U = 2 × 20 = 28.2V
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18.1 整流电路
二单相桥式整流电路 1 电路结构 io Tr a + u –
4 1
u
2U
3 工作波形
3
2
+ uo –
ωt
RL
uo
2U
b 由变压器Tr，四只D和负载组成，和负载R 由变压器，四只和负载 L组成，由于 D和负载接成电桥形式故称桥式全波整流。和负载接成电桥形式故称桥式全波整流和负载接成电桥形式故称桥式全波整流。
4 主要参数
(1) 整流电压平均值 Uo
u
2U
1 UO = 2π
∫
π
0
2U sin ωtd(ωt ) =
2U
π
≈ 0.45U
O
ωt
(2) 整流电流平均值 Io U o U I o= = 0 . 45 RL RL (3) 每管承受的最高反向电压 URM
uo
2U
O
uD
O
ωt
U RM = U m = 2U
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18.1 整流电路
一单相半波整流电路 1 电路结构 D io a
Tr 2 工作原理
u 正半周，Va>Vb，二极管D导通；正半周，二极管D导通； u 负半周，Va< Vb，二极管截止。负半周，二极管D
+ u –
RL
+ uo –
3 工作波形
一般取τ = RL C ≥ (3 − 5)
T 2
(T — 电源电压的周期) 电源电压的周期)
近似估算取：桥式、全波）近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）半波）当负载R 开路时，当负载RL 开路时，UO ≈
2U
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18.2 滤波器
例：有一单相桥式整流滤波电路，有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻， RL = 200Ω，要求直流输出电压 o=30V，选择整流二极管及滤波电容器。 Ω 要求直流输出电压U ，选择整流二极管及滤波电容器。解：1. 选择整流二极管流过二极管的电流
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18.1 整流电路
几种常见的硅整流桥 ~ + ~ ~ + ~ + A C -
∼ u – ∼
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+
uL
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18.1 整流电路
试分析图示桥式整流电路中的二极管D 断开时负载电压的波形。例：试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或D4 断开时负载电压的波形。如果D 接反，后果如何？如果D 因击穿或烧坏而短路，如果D2 或D4 接反，后果如何？如果D2 或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？如何？ u + u _ D2 D1 RL D3 D4 + uo _ o uo π 2π 3π
vC
v2 t
vL
vc=vL
t
vL = vC = 2V2
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18.2 滤波器
较大）（2）接入RL（且RLC较大）时 v2＞ vC时：二极管导通，二极管导通，C充电充电时间常数 τ c 充电迅速 v2＜ vC时：
≈ R intC v2
t
二极管截止，放电。二极管截止，C放电。放电时间常数 τd = RLC v L
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18.1 整流电路
~ + u _ D2 D3 D1 RL D4 + uo _
(2)如果如果D (2)如果D2或D4接反则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、则正半周时，二极管导通，电流经 D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及 1、D4或D2、D3将而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D 被烧坏。被烧坏。 (3)如果如果D (3)如果D2或D4因击穿烧坏而短路则正半周时，情况与D 接反类似，电源及D 则正半周时，情况与 2或D4接反类似，电源及 1或D3也将因电流过大而烧坏。流过大而烧坏。
ωt
4π
~
ωt
o π 2π 3π 4π 解：(1)当D2或D4断开后 (1)当电路为单相半波整流电路。正半周时，电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，导通，负载中有电流过负载电压u ；负半周时，截止，负载中无电流通过负载电压 o=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压， =0。无电压， uo =0。