第十章 直流电源

第十章直流电源

电子设备一般都需要直流电源供电。获得直流电源的方法很多，如干电池、蓄电池、直流电机等。但比较经济实用的办法是，把交流电源变换成直流电源。这就是我们要讨论的问题。

一般直流电源的组成如下：

交流电网→变压器→整流电路→滤波器电路→稳压电路→负载

uu。将交流电网电压变为合适的交流电压电源变压器: 21uu。变为脉动的直流电压整流电路: 将交流电压32uu。转变为平滑的直流电压滤波电路: 将脉动直流电压43u的稳定。 ,保持输出电压稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响o

10.1 整流电路

1.单相半波整流电路

2.单相桥式整流电路

10.2 滤波电路

1. 电容滤波电路

2. 其它形式的滤波电路

10.3 稳压电路

1. 硅二极管稳压电路

2. 串联型稳压电路

3. 集成稳压电路

10.1 整流电路

整流电路的任务：利用二极管的单向导电特性，将正负交替的交流电压变换成单方向的直流脉动电压。

常见的小功率整流电路有：单相半波、全波、桥式和倍压等方式。

单相桥式整流电路用得最为普遍。

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。

§1 单相整流电路

一、单相半波整流

1．电路工作原理

2 >0 时，二极管导通。忽略二极管正向压降：u u2?i?i Do R?u0 2 = uou LD 1

u?u =0 u2<0时，二极管截止。输出电流为0。uo2D

0i?i?Do

2. 单相半波整流电压波形

：Uo）输出电压平均值（在一个周期的平均值是输出电压瞬时值uo直流电压Uo2111??2T??????U.?45)t?U?2U sin0?Utd(udt?tdu()2oo22o???2T2000

UU2o45?I?I?0.Do RR流过负载的电流平均值（：Io )LL

: 二极管承受的最高反向电压U?2U2RM

半波整流的优缺点

优点：结构简单，使用元件少?

?缺点：只利用了电源的半个周期，电源利用率低。半波整流只用在要求不高，输出电流较小的场合。?．半波整流的优缺点3优点：结构简单，使用元

件少缺点：只利用了电源的半个周期，所电源利用率低，输出的直流成份比较低；输出波形的脉动大；变压器电流含有直流成份，容易饱合。半波整流只用在要求不高，输出电流较小的场合。为了提高电源的利用率，改善整流的性能，通常使用单相桥式全波整流。 2

二、单相桥式整流

1．电路工作原理

用4个二极管接成桥式整流电路。下面我们可见，除管子所受的电大反向电压不

同，其它参数均与全波整流相同。

时<0 u>0 u22时

导通,D,D导通DD4321D截止D,截止D,D3412: 电流通路电流通路: D? D?

a ??b12a ?DR?

b ??DR3L4L

。可见，在输入交流时，负载电阻上得到的是同一个方向的单向脉动电压（直流）

2．波形

3

I计算U3．直流电压和直流电流oo22U0U?.9U?2o2?

UU2o9.??0I o RR LL

二极管平均电流：U1U2O45?.I??0I OD R2R2LL

二极管最大反向压：U?2U2RM

4．选管原则进行选择，即：根据二极管的电流I和二极管所承受的最大反向峰值电压U RMD1III??oFD2

U2U?U?2RMR 5．桥式整流的优缺点有全波整流的所有优点，又克服了它的缺点。现在通用。缺点是多用了2个二极管。

集成硅整流桥：把四只二极管封装在一起称为整流桥

§2 滤波电路无论那种整流电路，它们的输出都含有较大的脉动成分，这

远不能满足我们的要求。因此需要采取措施，尽量降低输出电压中的脉动成分。同时还要尽量地保留其中的直流成分，使输出电压更加平滑，接近于直流电压。滤波电路即能完成此工作。电容和电感是基本滤波元件。主要是利用电容器两端电压不能突变和通过电感的电流不能突变的特点，将电容与负载并联或将电感

与负载串联，即可达到输出波形平滑的目的。.滤波的基本概念一、滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。??对直流开路，对交流阻抗小；电容器C?对直流阻抗小，对交流阻抗大；电感器L经过滤波电路后，

既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分?的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。

滤波电路的结构特点: L

并联电容与负载?RL

?电感与负载串联RL

R C R L

L

4

原理：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，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。

二、电容滤波电路

．空载时情况1u。接入交流电源后，为0空载时，RL→∞，设电容器两端的初始电压c

2．带电阻负载时的情况⑴电容滤波后，输出直流电压提高了，同时输出电压的脉动成分也降低了，而且输出直。，S=0RC→∞，U=1.4U流电压与放电时间常数有关2Lo

而变化。⑵电容滤波的输出电压Uo随输出电流Io U0?.91.4U?范围内变化。电容滤波电路的输出电压随输出电流的增大而下降很快，所2以电容滤波适用于负载电流变化不大的场合。C的滤波作用可以这样来理解：大电容⑶，它与信号

频率成反比。ω根据电路课程中所学的知识，电容之容抗XC=1/C?相当于开路。对于输出电压中的直流分量，电容C?CXC可做得很小，对输出电压中的交流分量，只要?C的容量取得足够大，就相当于短路。，而交流分量则由电容旁路（即：进这样，输出电压中的直流分量流过RL?。行了滤波）

5

3. 电容滤波电路的特点

有关Uo与时间常数RLC (1) 输出电压平均值愈大?Uo(RLC 愈大?平均值)电容器放电愈慢

U2 U??时：当R L =O为有限值时：当R L O

UU= 1.2通常取2O T越大，为获得良好滤波效果，一般取：越大U O RC2(T为输入交流电压的周期)

(2) 流过二极管瞬时电流很大

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

近似估算: U o=1.2U2 Io= U o/R L

由于二极管两两导通时间短，导通角小于π，故流过管子的瞬时电流很大。且电容越大，瞬时电流就越大。所以选用二极管时，取ID为实际流过二极管平均电流的两倍左右。

(3) 二极管承受的最高反向电压

三、电感滤波