第七章 直流稳压电源

第七章直流稳压电源

电子设备中所需要的直流电源，通常都是由电网所提供的交流电经过变压、整流、滤波和稳压以后得到的。各部分电路及其输出波形如图7-1所示。

电源变压器的作用是将220V电网电压变换为整流电路所要求的交流电压值。

整流电路的作用是将交流电压变换为脉动直流电压。

滤波电路的作用是将脉动的直流电变换为平滑的直流电。

稳压电路的作用是使直流电源的输出电压稳定，基本不受电网电压或负载变动的影响。

本章主要介绍小功率直流稳压电源。

§7-1整流电路

整流电路的作用是将交流电变换成脉动直流电。利用二极管的单相导电性可实现单相整流或三相整流。

为了讨论方便，在以下分析中，除特别说明外，一般均假定负载为纯电阻，二极管、变压器均为理想器件。

一、单相桥式整流电路

图7-2所示为单相桥式整流电路的三种常见画法。

1.整流原理

当u2为负半周，即A端为负，B端为正时，二极管V2、V4导通，V1、V3截止，电流过R L上电流方向和电压极性与正半周时相同。

由此可见，在u2的正负半周，都有同一方向的电流流过R L，四只二极管中两只为一组，两组轮流导通，在负载上即可得到全波脉动的直流电压和电流，所以这种整流电路属于全波整流类型。图7-4所示为单相桥式整流电路电压的波形。

2.负载上的直流电压

单相桥式整流电路和变压器中心抽头式单相全波整流电路在负载R L上得到的波形相同，都是全波脉动直流电，所以输出直流电压的计算公式也相同，即

U O=0.9U2

3.整流二极管的选择

整流二极管的最大整流电流I FM和最高反向工作电压U RM分别应满足

I FM>0.5I L

U RM>√2U2

考虑到电网电压有±10%的波动，在实际选用二极管时，应至少有10%的余量。

例 1 一桥式整流电路，要求它输出12V直流电压和100mA电流。现有二极管2CP10（I FM=100m A,U RM=25V）和2CP11(I FM=100m A,U RM=50V)，应选哪种型号？

解U2=U L/0.9=12/0.9=13.32(V)

I FM>0.5I L=0.5×100=50（mA）

U RM>√2U2=1.414×13.32=18.84(V)

可选用四只2CP10二极管。

4.利用桥式整流获得正、负电源

将桥式整流电路变压器二次侧中点接地，并将两个负载电阻的相互连接点接地，如图7-5所示。这样，两个负载上即可分别获得正、负电源。

二、三相桥式整流电路

单相整流电流的输出功率一般较小，在实际应用中当输出功率超过几千瓦且又要求脉动较小时，就要采用三相整流电路。三相整流电路输出功率大，电压脉动小，变压器利用率高，并

有利于三相电网的负载平衡。

三相桥式整流电路如图7-6所示，组成方法与单相桥式整流电路相似，二极管V1、V3、V5共阴极连接，接于A；二极管V2、V4、V6共阳极连接，接于B；负载R L接于A、B之间。变压器二次侧绕组电压波形如图7-7a所示。为了便于分析，将一个周期时间从t1~t7分为6等分。在每个1/6周期时间内，相电压u2U、u2V、u2W中总有一个是最高的，一个是最低的。对于共阴极连接的二极管，哪一只的正极电位最高，这只二极管就处于导通状态；对于共阳极连接的二极管，哪一只的负极电位最低，这只二极管就处于导通状态。

在t1~t2时间内，U相电压最高，所以共阳极组中V1优先导通；V相电压最低，所以共阴极组中V4优先导通；其余二极管都处于截止状态。输出电压u o=u UW。

在t2~t3时间内，U相电压任然最高，而W相电压变得最低，因此V1与V6串联导通，其余二极管反向截止。输出电压u o=u UW。

依此类推，在任一瞬间，共阴极组和共阳极组的二极管中各有一只导通，每二只二极管在一个周期内的导通角都为120°，导通顺序如图7-7b所示。负载R L上获得的脉动直流电压波形如图7-7c所示。与单相整流电流的输出电压波形相比，显然三相桥式整流电路的输出波形要平滑得多。

三、倍压整流电路

二倍压整流电路如图7-8所示，它由两只整流二极管和两只电容器组成。其工作原理分析如下：

当u2为正半周，即A端为负，B端为正时，C1上电压与变压器二次侧电压相加，使V2导通，V1截止；电容C2充电，C2上电压极性为右正左负，最大值可达2√2U2。利用同样原理，可构成多倍压整流电路，如图7-9所示。

以上在分析电路时，为了简便起见，总是假设设电路空载，且已处于稳态。实际上只要电路接上负载即存在放电回路，电容上的电压不可能达到最大值。尤其当负载电流较大时，输出电压更会明显降低，而且脉动加大，所以倍压整流电路只适用于负载电流很小的场合。四、整流堆的应用

将若干只整流二极管按某种方式用绝缘瓷、环氧树脂等封装成一体就制成整流堆，通常称硅堆。低压小电流硅整流堆是将整流二极管按半桥或全桥方式组合，称半桥或全桥整流堆，如图7-10a所示。

大电流硅整流堆则是采用特殊工艺，将若干个硅片按一定整流方式连同外壳一起制造，称整流模块或整流组，如图7-10b所示。

高压小电流硅整流堆由多只二极管串联封装而成，如图7-10c所示。

全桥整流堆内部电气原理如图7-11所示。

硅整流堆的主要参数是最高反向电压和最大整流电流。同整流二极管一样，对硅整流堆也主要用检查正向向和反向电阻来判断其好坏。由图7-11可知，整流桥堆的两个输出端之间是两只二极管同向串联，两个输入端之间是两只二极管反向串联，因此可用万用表测量引出脚间正反向电阻来判断整流桥堆的好坏。对于有些电流较大，反向电压又高达上万伏的高压整流堆，由于串联的二极管较多，一般用万能表难以测试，要用特殊的方法或专门的设备才行。

§7-2滤波电路

整流电路虽然能把交流电转换为直流电，但是输出的都是脉动直流电，其中仍含有很大的交流成分。为了得到平滑的直流电，必须把脉动直流电中的交流成分滤除掉，这一过程称为滤波。

一、电容滤波电路

图7-12所示为桥式整流电容滤波电路。它是利用电容器两端电压不能突变的特性来进行滤