电子技术综合-直流稳压电源

[解] 负载直流电流 UO 12 IO= = A = 0.05 A RL 240 二极管平均电流 1 1 ID= IO = ×0.05 A = 0.025 A 2 2 变压器的二次电压 Uo 12 U2= = V = 13.33 V 0.9 0.9 变压器的电压比 U2 220 k= = = 16.5 U1 13.33
a
b
t
输出电压U0的大小、滤波效果和时间常 数RLC有关，RLC愈大U0(平均值)愈大， 滤波效果愈好。
c
经验公式：
t
止
通
加C
U o U (半 波)
加C Uo ，且平滑
桥式电容滤波器的组成和工作原理
电容 充电
电容 放电
D4
D1 C RL
~
+ u2
D3 D2
iO + uO= uC
(4) 每管承受的最高反向电压 UDRM U 3 2U DRM
表4.2-1 几种常见的整流电路
U2
Io
U2
U2
Io
U2
U2
Io
U2
U2
Io
U2
U2
Io
U2
第3节 滤波电路
交流电经整流电路整流后输出的是脉动直流，
其中既有直流成分又有交流成份。
滤波原理: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, 将电容与负载 RL并联(或将电感与负载RL串联)，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。
u2
D1
D2 RL
＋ u2 －
D4 D3
＋ uO
O uO iO ωt
－
1. 负载直流电压 1 π Uo 2Usin td( t ) O ωt π ο 3. 二极管平均电流 I D 1 I o 2 2 U 0.9 U 2 每个管只有半周导通 2. 负载直流电流 4.每管承受的最高反向电压 U 2U RM
单相半波整流电压的平均值为： 直流平均值
1 2 Uo 2U 2 sin td (t ) U 2 0.45U 2 2 0
流过负载电阻RL的电流平均值为：
Uo U2 Io 0.45 RL RL
流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等，即： U2 I D I o 0.45 RL
1. 单相半波整流电路
1. 电路结构 Tr a u1
+ u 2 – D io RL + uo – 3. 工作波形 u
2U
O
t
uo
2U
b 2. 工作原理
u2 正半周，Va>Vb， 二极管D导通；
uD
O
O
t t
负半周 u2<0时 二极管截止： u0=0
2U u2 负半周，Va< Vb， 二极管D 截止 。 正半周 u >0时，二极管导通 2 忽略二极管正向压降 u0=u2 波形相同。
原理;
4. 了解集成稳压电路的性能及应用。
小功率直流稳压电源的组成 u1
交流电源 符合整流需要的电压
交流电压波动或负载变 动，使输出电压稳定
u2
整 流 u3 电 路
滤 波 u4 电 路
稳 压 电 路
uo
负 载
单向脉动电压
减小整流电压的脉动程度
1.变压 2.整流 3.滤波 4.稳压
合适工作电压 元件耐压, 安全隔离 交流→直流脉动电压 直流脉动电压→平滑直流电压 去交流成分 稳定输出电压 合适的直流电压, 电网波动，负载变化 抑制纹波 进一步去交流成分
2.
u
工作原理 变压器副边电压
ua ub uC
2
–u +
t
D1 a
D3 D5
io RL
–
o
uo
o
D2
b
c D4 D6
uo
+
负载电压
ot
1
t2 t3 t4 t5t6 t7 t8 t9 t
结论： 在一个周期中，每个二极 管只有三分之一的时间导 通（导通角为120°）。 负载两端的电压为线电压。
XL=L，XC=1/(C)
L串联,C并联
1 . 电容滤波器
1. 电路结构 io D i a 2U ic + + O + u RL uo = uC C uo – –
2
3. 工作波形 u
t
2U b O 2. 工作原理 t u2>uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的 同时也给电容充电， uC 增加，uo= uC 。 u2 <uC时，二极管截止，电容通过负载RL 放电， uC按指数规律下降， uo= uC 。
中原工学院信息商务学院信息工程系
1
第 4 章 直流电源
第1节 第2节 第3节 第4节 第5节 单相整流电路 三相整流电路 滤波电路 稳压电源 集成稳压器
重 点
• 串联型稳压电路的结构和稳压原理 • 集成稳压电路
第4章 直流稳压电源
本章要求：
1. 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及
参数的计算; 2. 掌握桥式整流电路及电容滤波电路的输出电 压与变压器副边电压的关系； 3.了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作
Uo 9 Io 0.012(A) 12 (mA) RL 750
I D I o 12 (mA)
Tr a + u – b
D io RL
+ uo –
URM 2U2 2 20 28.2 (V)
[例] 如图所示，已知 RL = 80 ，直流电压表的读数为 110 V，试求：(1)直流电流表 A 的读数；(2)整流电流的最大 值；(3)交流电压表 V1 的读数；(4)变压器二次电流的有效值。 二极管的正向压降忽略不计。 [解]
2.
u
工作原理 动画 变压器副边电压
ua ub uC
2
–u +
t
D1 a
D3 D5
io RL
–
o
uo
o
D2
b
C
uo
+
负载电压
D4
D6
o
在 t1~t2 期间 共阴极组中a点电位最高，D1 导 通； 共阳极组中b点电位最低，D4 导 t1 t2 t3 t4 t5t6 t7 t8 t9 t 通。 负载两端的电压为线电压uab。
2.
u
工作原理 变压器副边电压
ua ub uC
2
–u +
t
D1 a
D3 D5
io RL
–
o
uo
o
D2
b
C
uo
+
负载电压
D4
D6
ot
1
t2 t3 t4 t5t6 t7 t8 t9 t
在 t2 ~t3 期间 共阴极组中a点电位最高，D1 导通； 共阳极组中c点电位最低，D6 导通。 负载两端的电压为线电压uaC。
二极管截止时承受的最高反向电压为u2的最大值，即：
来自百度文库
U RM U 2M 2U 2
例 有一单相半波整流电路，如图所示。已知负载电阻 变压器副边电压 解
RL 750
U 2 20 V ，试求U 、I 及二极管的U RM o o
U o 0.45U 2 0.45 20 9 (V)
电容C放电的快慢取决于时间常数（ RL C）的大小，时间常数 越大，电容C放电越慢，输出电压uo就越平坦，平均值也越高。
+ u _
u
+
uC
+ u uC RL _ o
（1）UO
RLC
( RL开路) Uo 2U
t
0(C 开路) Uo 0.45U
uo
不加C
uo、uC
2.
u
工作原理 变压器副边电压
ua ub uC
2
–u +
t
D1 a
D3 D5
io RL
–
o
uo
o
D2
b
C
uo
+
负载电压
D4
D6
ot
1
t2 t3 t4 t5t6 t7 t8 t9 t
在 t3 ~ t4 期间 共阴极组中b点电位最高，D3 导通； 共阳极组中c点电位最低，D6 导通。 负载两端的电压为线电压ubC。
1. 电路结构 a 4 1 + u －– 3 2 b
io
+ uo RL – －
3. 工作波形 u
2U
t
uo
2U
2. 工作原理 u 正半周，Va>Vb，二 极管 D1、 D3 导通， D2、 D4 截止 。
uD
2U u D2
t
t
uD4
电流通路：a→ D1 → RL → D3 → b 。
例：试设计一台输出电压为24V，输出电流为lA的直流电源， 电路形式可采用半波整流或全波整流，试确定两种电路形式的变 压器副边绕组的电压有效值，并选定相应的整流二极管。 解：（1）当采用半波整流电路时，变压器副边绕组电压有效值 为： Uo 24 U2 53.3 0.45 0.45
整流二极管承受的最高反向电压为：
2.
u
工作原理 变压器副边电压
ua ub uC
2
–u +
t
D1 a
D3 D5
io RL
–
o
uo
o
D2
b
C
uo
+
负载电压
D4
D6
ot
1
t2 t3 t4 t5t6 t7 t8 t9 t
在 t4 ~ t5 期间 共阴极组中b点电位最高，D3 导通； 共阳极组中a点电位最低，D2 导通。 负载两端的电压为线电压uba。
+
i
u
－
D4
U D1 －
io
D3
D2
RL
uo
－
3.负载短路
第2节 三相整流电路
1. 电路
共阴极组 –u + D1 a b
C
D3 D5
io RL
+
o
三相变压器原绕组接成 三角形，副绕组接成星形 2. D2
uo
–
D4
D6
工作原理 共阳极组 在每一瞬间 共阴极组中阳极电位最高的二极管导通； 共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。
2. 单相桥式整流电路
1. 电路结构 a 4 1 + u －– 3 2 b
io
+ uo RL – －
3. 工作波形 u
2U
t
uo
2U
2. 工作原理 u 负半周，Va<Vb，二 极管 导通 D2、 D4 ， D1、 D3截止 。
uD
2U u D1
t
t
uD3
电流通路：b→ D2 → RL → D4 → a 。
功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压
第1节 单相整流电路
任务
利用二极管的单向导电性，交流直流
电路类型
半波、全波、桥式、倍压整流等 小功率单相 三相半波、全波、桥式等
大功率三相供电平衡
分析要点
1. 正弦电压正负半周二极管的通断分析,电流通过路经 2. 交流电压有效值U2与直流电压平均值Uo的定量关系 3. 二极管参数选择 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。
全波： U o 1.2U 2 滤波电容 C 一般选择体积小，容量大的电解电容器。应注意，普通电 解电容器有正、负极性，使用时正极必须接高电位端，如果接反会造成电 解电容器的损坏。 加入滤波电容以后，二极管导通时间缩短，且在短时间内承受较大的 冲击电流（ iC io ），为了保证二极管的安全，选管时应放宽裕量。
Uo U Io 0.9 RL RL
(5)整流元件的选择
选管时应满足： IF≥ID ， URM ≥UDRM
[例] 一桥式整流电路，已知负载电阻 RL=240 ， 负载所需直流电压 = 12 V，电源变压器一次电压 U1 = 220 V。试求该电路正常工作时的负载电流 、二极管平 均电流 ID 和变压器的电压比 k。
流过整流二极管的平均电流为：
1 I D I o 0.5 2
总结：整流电路
半波 Uo Io ID U DRM I
+
桥式 0.9U 0.9U RL 1 Io 2 2U 1.11I o
+
D1
0.45U 0.45U RL Io 2U 1.57I o
讨论：对于桥式整 流 1.一个D虚焊或开路 2.一个D短路或接反
U RM 2U 2 1.41 53.3 75.2
流过整流二极管的平均电流为：
ID Io 1
（2）当采用桥式整流电路时，变压器副边绕组电压有效值为：
U o 24 U2 26.7 0.9 0.9
整流二极管承受的最高反向电压为：
U RM 2U 2 1.41 26.7 37.6
IO U 110 O A = 1.38 A RO 80
~
V1 D A
IOM = IO = 3.14 × 1.38 A = 4.3 A
RL
V
UO 110 U1 = = V = 244.4 V 0.45 0.45
I = 1.57 IO = 1.57 × 1.38 A = 2.16 A
2. 单相桥式整流电路
二、工作原理
3. 参数计算
(1) 整流电压平均值 Uo
1 Uο π 3
π 2 π 6
2U ab sin( t 30 )d( t ) 2.34U
Uο U Io 2.34 RL RL
1 U2 ID I o 0.78 3 RL
(2) 整流电流平均值 Io (3) 流过每管电流平均值 ID
二极管导通时给电 容充电，二极管截止时 电容向负载放电；滤波 后输出电压 uO 的波形 变得平缓，平均值提高。
近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）
1 为了获得较平滑的输出电压，一般要求 RL (10 ~ 15) ，即： C T RL C (3 ~ 5) 2 式中 T 为交流电压的周期。 此时电容滤波时的输出电压平均值选取 半波： U o U 2