现代电源技术第2章 线性直流稳压电源

1.2整流电路
又称整流器（Rectifier）； 其作用是将交流电能变为（脉动的）直流电能供给直流用电设备。
整流电路的应用十分广泛，例如直流电动机，电镀、电解电源，同步 发动机励磁等都需要用到整流电路。 分类： ➢按组成的器件：分为不可控、半控、全控三种； ➢按电路结构：分为桥式电路和零式电路； ➢按交流输入相数：分为单相电路和多相电路； ➢按变压器二次电流的方向是单向或双向：分为单拍电路和双拍电路；
2.1.1 单相半波整流电路
➢ 工作原理：
➢ 图2-2所示为单相半波整
流电路的原理图及带电
a
T
u1 u2 D
阻负载。
RL
uo
➢ 变压器T起变换电压和隔 离的作用，其一次电压
和二次电压瞬时值分别
b
用u1和u2表示，其有效
图2-2单相半波整流电路
值分别用U1和U2表示。
半波整流电路的波形图
➢ 以电阻负载为例：其特性为电 压和电流成正比，两者波形相 同。
半波整流电路的优缺点
➢ 优点：结构简单，使用的原件少。 ➢ 缺点：1.只利用了电源的半个周期，所以电源利
用率低，输出的直流成分比较低； 2.输出波形的脉动大； 3.变压器电流含有直流成分，容易饱和。
综上：半波整流只用在要求不高，输出电流较小的 场合。
单相半波整流电路的主要参数
（1）输出电压的平均值：
0.45U2 RL
（2-3）
（4）二极管上承受的最大电压：U RM 2U 2 （2-4）
单相半波整流电路的主要参数
（5）脉动系数：整流输出电压的基波峰值Uo1M与平均值
Uo(AV)之比，通过傅立叶级数对半波整流的输出 uo 进行分解 后可得:（S为脉动系数）
uo
2U
2
(
1 π
1 2
sin t
2 3π
I o(AV)
Uo(AV) RL
0.9U2 RL
（2-7）
（3）二极管电流平均值： ID(AV)
1 2
I O(AV)
U o(AV) RL
U o(AV)
1
2
0 uod (t)
uo
2U 2
2U 2
0.45U 2
0.45U2
π
2π3πΒιβλιοθήκη 图2-4 输出电压平均值4π t
单相半波整流电路的主要参数
（2）负载电流平均值：I o(AV)
U o(AV) RL
0.45U 2 RL
（2-2）
（3）二极管电流平均值：ID(AV)
I o(AV)
U o(AV) RL
➢ uo不是完整的正弦波，而只是正半周的正弦波，正弦波 的负半周波形被二极管D所截去。这种输出uo只有半个周 期的整流电路通常被称为半波整流电路。
➢ 在分析整流电路工作时，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，且 忽略二极管的正向压降。
➢ 工业生产中，很多负载均呈现电阻特性，如电阻式加热 炉，电解和电镀装置等
线性电源特点（与开关电源相比）
➢ 技术成熟，稳定度高，波纹小，噪声小； ➢ 体积和散热大； ➢ 输入电压要比输出电压高； ➢ 应用广泛：尽管现在多数日常所用的稳压电源产品都是开关电源，
譬如手机充电器和笔记本电脑电源等。然而，线性稳压电源在手机、 电脑内部电路中仍在大量使用。 ➢ 线性稳压电源可以作为开关电源的“电源”，它为开关稳压电源的 正常工作提供了高品质的稳定电源。
cos2t
2 15π
cos4t )（2-5）
S Uo1M U 2 2 1.57
U o(AV)
2U 2 2
（2-6）
单相半波整流电路
➢ 单相半波整流电路二极管的选择要求如下： 平均电流ID 与最高反向电压URm 是选择整流二极管的主 要依据，并取一定的裕量（譬如1.3-1.5倍）： IF > 1.3 I D(AV) ， UR >1.3 URM
直流稳压电源的分类
根据电压反馈调整电路的工作状态分类： ➢线性稳压电源（简称线性电源）：即电压反馈调整电路是工作在线 性状态。一般是将输出电压取样后再与参考电压送入比较电压放大器， 此电压放大器的输出作为电压调整管的输入，用以控制调整管使其结 电压随输入的变化而变化，从而调整其输出电压。
➢开关稳压电源（简称开关电源）：即用于电压调整的晶体管是工作 在饱和区和截至区（即开关状态）的。是通过改变调整管的开和关的 时间即占空比来改变输出电压的。
第二章
线性直流稳压电源
1.1直流稳压电源
➢ 所有便利人类的电子设备的正常工作都离不开电源，大到超级计 算机，小到MP3音乐播放器。电源电路是一切电子设备的基础。
➢ 由电子元件的特性决定，电源电路要求能够提供持续稳定、满足 负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。
➢ 提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源，它在电源技 术中占有十分重要的地位。
2.1.2 单相全波整流电路
➢ 工作原理
a
T
u1 u2
D1
uo
u2 RL io
b D2
图2-5 全波整流电路
➢ 当u2为正半周时，即u2>0时，二极管 D1导通，此时二极管D2截止，uo>0；
➢ 当u2为负半周时，即u2<0时，二极管 D2导通，此时二极管D1截止，uo>0；
➢ 在u2全周期中，io的方向都保持不变， 负载RL上的电压uo的波形如图2-6所 示。
全波整流电路波形图
➢ 解决了单相半波整流电路只 利用了输入电压的半个周期，
整流效率低的问题，
uo
2U2
o
π 2π 3π 4π t
图2-6 全波整流电路输出电压波形
单相全波整流电路的主要参数
（1）输出电压的平均值：Uo(AV)
1 2
0
uod
(t)
2
2U 2
0.9U（2 2-6）
（2）负载电流平均值：
不可控型整流电路
➢ 若未专门注明是可控整流电路，本章所述的整流电路皆 为不可控型。
➢ 若将不可控型整流电路中的不可控的二极管换成可控的 开关管，再辅以控制电路就构成了各种可控整流电路。 可控整流电路常应用于大功率电力电子电路中。
常见的单相桥式不可控整流电源
图2-1 单相桥式不可控整流电路（左图）及其产品实物（右图）
➢ 当u2为正半周时，即u2>0时， 二极管D正向导通，uo = u2；
➢ 当u2为负半周时，即u2<0时， 二极管D反向截止，输出电流 为零，uo=0；
u2
2U2
0
π 2π 3π 4π t
uo
2U2
0 uD
π 2π 3π 4π t
0
π
2U2
2π 3π 4π t
图2-3 半波整流电路波形图
半波整流电路分析