18直流稳压电源

第18章直流稳压电源18.2滤波器18.3直流稳压电源18.1整流电路本章要求：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.了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理;3.了解集成稳压电路的性能及应用。第18章直流稳压电源第18章直流稳压电源小功率直流稳压电源的组成功能：把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压交流电源负载变压整流滤波稳压交流电源负载变压整流滤波稳压u1u1u2u2u3u3u4u4uouo18.1整流电路整流电路的作用:将交流电压转变为脉动的直流电压。常见的整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流;单相和三相整流等。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。整流原理：利用二极管的单向导电性下面重点分析半波和桥式整流、滤波电路–++–aTrDuoubRLio–++–aTrDuoubRLio18.1.1单相半波整流电路tuDO2.工作原理VaVb，二极管D导通；3.工作波形1.电路结构utOuoOtU2U2u正半周－－utOtuDO2.工作原理VaVb，二极管D导通；1.电路结构uoOtU2U2u正半周3.工作波形VaVb，二极管D截止。U2u负半周－18.1.1单相半波整流电路–++–aTrDuoubRLio–++–aTrDuoubRLio4.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值IoLL45.0ooRURUI(3)流过每管电流平均值IDoDII(4)每管承受的最高反向电压URMUU2RM(5)变压器副边电流有效值Ioπο57.1d)sin(π212mIttII)d(sin2π21ποttUU0.45oU5.整流二极管的选择平均电流ID与最高反向电压UDRM是选择整流二极管的主要依据。选管时应满足：IOMID，URWMURM优点：结构简单，使用的元件少。缺点：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；输出波形的脉动大;变压器电流含有直流成分，容易饱和。故半波整流只用在要求不高，输出电流较小的场合。RLuiouoD1D2D4ab+–+–D3RLuiouoD1D2D4ab+–+–D318.1.2单相桥式整流电路2.工作原理VaVb，二极管D1、D3导通，D2、D4截止。3.工作波形uD2uD41.电路结构－uouDtt－utU2U2U2u正半周RLuiouoD1D2D4ab+–+–D3RLuiouoD1D2D4ab+–+–D318.1.2单相桥式整流电路2.工作原理3.工作波形uD2uD41.电路结构VaVb,二极管D2、D4导通，D1、D3截止。uouDttuD1uD3－－utU2U2U2u负半周4.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值IoLL9.0ooRURUI(3)流过每管电流平均值IDo21DII(4)每管承受的最高反向电压URMUU2RM(5)变压器副边电流有效值Ioπο11.1d)sin(π2122mIttII)d(sin2π1ποttUU0.9oU(1)输出直流电压高；(2)脉动较小；(3)二极管承受的最大反向电压较低；(4)电源变压器得到充分利用。目前，半导体器件厂已将整流二极管封装在一起，制成单相及三相整流桥模块，这些模块只有输入交流和输出直流引线。减少接线，提高了可靠性，使用起来非常方便。桥式整流电路的优点：18.1.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路的几种形式+uoioRLu~D1D2D4D3+uoioRLu~D1D2D4D3D1+uRL+uoio～D2D4D3D1+uRL+uoio～D2D4D3+uoRLio+u～+uoRLio+u～解：变压器副边电压有效值例1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为220V，负载电阻RL=50,负载电压Uo=100V,试求变压器的变比和容量,并选择二极管。V1119.01009.0oUU流过每只二极管电流平均值A122121oDII每只二极管承受的最高反向电压V17212222RMUU整流电流的平均值A250110LooRUI考虑到变压器副绕组及二极管上的压降，变压器副边电压一般应高出5%~10%，即取U=1.1111122V81122220.K变比I=1.11Io=21.11=2.2A变压器副边电流有效值变压器容量S=UI=1222.2=207.8VA变压器副边电压U122VA1DIV172RMU可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。例1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为220V，负载电阻RL=50，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量,并选择二极管。例2：试分析图示桥式整流电路中的二极管D2或D4断开时负载电压的波形。如果D2或D4接反，后果如何？如果D2或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？解：当D2或D4断开后电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，负载电压uo=u；负半周时，D1和D3截止,负载中无电流通过,负载两端无电压，uo=0。uuoo++__~~uu++__RRLLDD22DD44DD11DD33uuoo++__~~uu++__RRLLDD22DD44DD11DD33uoπ2π3π4πtπ2π3π4πootuuoπ2π3π4πttπ2π3π4πoottu如果D2或D4接反则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。如果D2或D4因击穿烧坏而短路则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。uuoo++__~~uu++__RRLLDD22DD44DD11DD33uuoo++__~~uu++__RRLLDD22DD44DD11DD33D1RLuoD6D3D5D4D2ioCbau++––OD1RLuoD6D3D5D4D2ioCbau++––O18.1.3三相桥式整流电路2.工作原理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。1.电路三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形共阳极组共阴极组Cbau+–OD1RLuoD6D3D5D4D2io+–Cbau+–OD1RLuoD6D3D5D4D2io+–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导通。负载两端的电压为线电压uab。负载电压2.工作原理变压器副边电压uoott1t2t3t4t5t6t7t8t9uouaubuC2tuouaubuC2tCbau+–OD1RLuoD6D3D5D4D2io+–Cbau+–OD1RLuoD6D3D5D4D2io+–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。负载电压2.工作原理变压器副边电压t1t2t3t4t5t6t7t8t9uotououaubuC2tuouaubuC2tCbau+–OD1RLuoD6D3D5D4D2io+–Cbau+–OD1RLuoD6D3D5D4D2io+–uouaubuC2tuouaubuC2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。负载电压2.工作原理变压器副边电压t1t2t3t4t5t6t7t8t9uotoCbau+–OD1RLuoD6D3D5D4D2io+–Cbau+–OD1RLuoD6D3D5D4D2io+–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。负载电压2.工作原理变压器副边电压t1t2t3t4t5t6t7t8t9uotououaubuC2tuouaubuC2tt1t2t3t4t5t6t7t8t9uoto2.工作原理结论：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°）。变压器副边电压负载电压负载两端的电压为线电压。uouaubuC2tuouaubuC2tCbau+–OD1RLuoD6D3D5D4D2io+–Cbau+–OD1RLuoD6D3D5D4D2io+–3.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值IoLL34.2οoRURUI(3)流过每管电流平均值IDo31DII(4)每管承受的最高反向电压URMUU23RM))d(30sin(23π1ab2π6πttUοUU2.3418.2滤波器交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。滤波原理：滤波电路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。方法:将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。uoU2U2utOtOuoU2U2utOutOtO+Cici=uC–++–aDuoubRLio–++–aDuoubRLio18.2.1电容滤波器(C滤波器)2.工作原理uuC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。uuC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。3.工作波形二极管承受的最高反向电压为。UU22RM1.电路结构电路无滤波电容有滤波电容单相半波整流单相桥式整流单相全波整流22U222U22U22U222U222U截止二极管上的最高反向电压UDRM4.电容滤波电路的特点25)(3LTCRτ一般取(T—电源电压的周期)(1)输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间常数RLC有关。RLC越大电容器放电越慢输出电压的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算取：Uo=1.2U(桥式、全波）Uo=1.0U（半波）当负载RL开路时，UOU2为了得到比较平直的输出电压(2)外特性曲线有电容滤波1.4U无电容滤波0.45UUooIO结论采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。(3)流过二极管的瞬时电流很大选管时一般取：IOM=2IDRLC越大ＵO越高，IO越大整流二极管导通时间越短iD的峰值电流越大。uoU2tOiDtO例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压V352522RMUU变压器副边电压的有效值A075020030212121LOOD.RUII解：1.选择整流二极管25V1.23021O.UUIOM=100mAURWM=50VuRLuo++––~+CuRLuo++––~+C可选用二极管2CZ52B例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。取RLC=5T/2已知RL=50S05.025015LCR2.选择滤波电容器F250F102502000.050506LR.C可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器解：uRLuo++––~+CuRLuo++––~+C18.2.2电感电容滤波器(LC滤波器)1.电路结构2.滤波原理对直流分量:XL=0,L相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量:f越高,XL越大,电压大部分降在L上。因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。LC滤波适合于电流较大、要求输出电