整流滤波电路的设计

u2的第一个负半周：u2、C2、D2 、C1构成回路， C2充电到： 2 2U 2
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2U 2 2 2U 2 2 2U 2 C5 C3 C1– – + – + +
u1
u2
D1
D2
D3
D4
D5
D6
+C2– +C4– +C6– 2 2U 2 2 2U 2 2 2U 2 u2的第二个正半周：u2、C1、C3 、D3 、C2构成回 路， C1补充电荷，C3充电到： 2 2U
当电网电压变化时：
U I U O I Z I R U R UO
以上过程是利用 U I U R U O 关系中，使 U R U I ，从而实现UO的稳定。
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R + IR
~220V
IZ DZ
IZ RL
UI -
+ UO -
当负载发生变化时：
RL U O I Z I R I Z I O I R 不变 U O 不变
交流 电压
整流
脉动 直流电压
滤波
有波纹的 直流电压
稳压
直流 电压
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一. 稳压电源类型
常用稳压电路 (小功率设备) 稳压二极管 稳压电路
电路最简单，但是 带负载能力差，一 般只提供基准电压， 不作为电源使用。
线性 稳压电路
开关型 稳压电路
效率较高，目前 用的也比较多， 但因学时有限， 这里不做介绍。o o 2Fra bibliotek U o1m
RL //( jX C ) ' U o1m jX L RL //( jX C )
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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
即： U O(AV)
T 2U 2 ( 1 ) 4RLC
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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
u2上升, u2大于电容 上的电压uc,u2对电容充电， uo= uc u2
5
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
6
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。
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。
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(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
U o1m U' o1m 1 1 S S' Uo C2 ( R // RL ) U' o C2 ( R // RL ) 18
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
所以稳压二极管的稳压作用是利用稳压管中 电流的调节实现稳压目的。电路中R必不可少， 其作用是限流和电压、电流补偿。
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通过对电路分析 容易得到关系式：
R + IR
~220V
IZ DZ
IZ RL
U I U R UO I R I Z IO
UI -
+ UO -
1、稳压管稳压电路的工作原理
D1
S C uo RL
D2
t
t
7
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
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
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(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。
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
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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。
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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：
Sr定义为：在负载固定时稳压电路输出电压相对变 化量与输入电压相对变化量之比。 U O
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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
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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 C 2 U' o1m R RL 1 2 2 ( R // RL ) ( ) C 2
U O ( AV )
Omax
Omin
2
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由相似三角形关系可得：
U Omax U Omin U Omax
则： U O ( AV )
T 2 RLC
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
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
3
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
4 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
I O I R
以上过程是利用 I R I Z I O 关系中，使 I Z I O ，使IR基本不变而实现UO的稳定。
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2、稳压管稳压电路的性能指标
稳压管稳压电路的性能指标主要有稳压系数Sr、 输出电阻RO、电压调整率、电流调整率、最大纹波 电压、温度系数等。主要了解前两个。
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1 2 ( R // RL ) ( ) C 2 1 ( R // RL ) 通常选择滤波元件的参数使得： C 2
2
U o1m
RL R RL
1 C 2
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：