第18章 直流稳压电源

下一页返回上一页退出章目录2/54第18章直流稳压电源18.2滤波器18.3直流稳压电源18.1整流电路下一页返回上一页退出章目录3/54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u1u1u2u2u3u3u4u4uOuO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u1u1u2u2u3u3u4u4uOuO下一页返回上一页退出章目录4/5418.1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。下一页返回上一页退出章目录5/54–++–aTrDuOubRLiOu–++–aTrDuOubRLiO–++–aTrDuOubRLiOu18.1.1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uOOtU2u正半周－－U2U2utOutO下一页返回上一页退出章目录6/54u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–++–aTrDuOubRLiOu–++–aTrDuOubRLiO–++–aTrDuOubRLiOu下一页返回上一页退出章目录7/544.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值IOLLOO450RU.RUI(3)流过每个二极管电流平均值IDODII(4)每个二极管承受的最高反向电压URMUU2RM(5)变压器二次电流有效值IO02m571d)sin(π21πI.ttII)d(sin2π21ποttUU0.45OU下一页返回上一页退出章目录8/545.整流二极管的选择平均电流ID与最高反向电压URM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。下一页返回上一页退出章目录9/54uOuDttuOuDttRLuiOuOD1D2D4ab+–+–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－－U2U2u正半周utU2utU2下一页返回上一页退出章目录10/54RLuiOuOD1D2D4ab+–+–D3RLuiOuOD1D2D4ab+–+–D318.1.2单相桥式整流电路2.工作原理3.工作波形1.电路结构VaVb,二极管D2、D4导通，D1、D3截止。uD1uD3－－u负半周uD2uD4uOuDttuOuDttutU2utU2U2U2U2U2下一页返回上一页退出章目录11/544.参数计算(1)整流电压平均值UO(2)整流电流平均值IOLLOO90RU.RUI(3)流过每个二极管电流平均值IDOD21II(4)每个二极管承受的最高反向电压URMUU2RM(5)变压器二次电流有效值IO202m11.1d)sin(π21πIttII)d(sin2π10ttUπU0.9OU下一页返回上一页退出章目录12/54(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：下一页返回上一页退出章目录13/5418.1.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路的几种形式+uOiORL~D1D2D4D3+u+uOiORL~D1D2D4D3+u+uORLiO+u~+uORLiO+u~D1+uRL+uOiOD2D4D3~D1+uRL+uOiOD2D4D3~下一页返回上一页退出章目录14/54解：变压器二次电压有效值例1：单相桥式整流电路中，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。V111V9010090O..UU流过每只二极管的电流平均值A1A22121ODII每只二极管承受的最高反向电压V172V12222RMUU整流电流的平均值A2A50110LOORUI考虑到变压器二次绕组及二极管上的压降，变压器二次电压一般应高出5%~10%，即取U=1.1111V122V下一页返回上一页退出章目录15/5481122220.K变比I=1.11IO=1.112A=2.2A变压器二次电流有效值变压器容量S=UI=1222.2V.A=268.4V.A变压器二次电压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：单相桥式整流电路中，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。下一页返回上一页退出章目录16/54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，负载中有电流通过，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++__RRLLDD22DD44DD11DD33423otuππππ423ottuππππuOto4π3π2ππuOtto4π4π3π3π2π2ππ下一页返回上一页退出章目录17/54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++__RRLLDD22DD44DD11DD33下一页返回上一页退出章目录18/54RLD1uOD6D3D5D4D2iOCbau++––ORLD1uOD6D3D5D4D2iOCbau++––OD1uOD6D3D5D4D2iOCbau++––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下一页返回上一页退出章目录19/542.工作原理在一个周期中，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。Cbau1ND1RLuOD6D3D5D4D2iO+–u2u3+–+–+–变压器二次电压同一时间有两个管导通。二极管导通次序负载电压t1tt22tt33tt44tt55tt66tt77tt88tt99uou1u2u32tD5D4D1D4D1D6D3D6D3D2D5D2D5D4D1D4D1D6tOuOtOuOtOuOt1tt22tt33tt44tt55tt66tt77tt88tt99t1tt22tt33tt44tt55tt66tt77tt88tt99uou1u2u32tuou1u2u32tD5D4D1D4D1D6D3D6D3D2D5D2D5D4D1D4D1D6D5D4D1D4D1D6D3D6D3D2D5D2D5D4D1D4D1D6tOuOtOuOtOuO下一页返回上一页退出章目录20/543.参数计算(1)整流电压平均值UO(2)整流电流平均值IOLLOO34.2RURUI(3)流过每个二极管电流平均值IDOD31II(4)每个二极管承受的最高反向电压URMUU23RM))d(30sin(23π1ab2π6πttUOUU2.34下一页返回上一页退出章目录21/5418.2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分。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分，保留其直流成分，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)。下一页返回上一页退出章目录22/54uOU2U2utOtOuOU2U2utOutOtO+CiCi=uC18.2.1电容滤波器(C滤波器)2.工作原理3.工作波形1.电路结构–++–aDuOubRLiO–++–aDuOubRLiOuuC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。二极管承受的最高反向电压为。UU22RM下一页返回上一页退出章目录23/54截止二极管上的最高反向电压URM单相全波整流单相桥式整流单相半波整流有滤波电容无滤波电容电路单相全波整流单相桥式整流单相半波整流有滤波电容无滤波电容电路22U222U22U22U222U222U下一页返回上一页退出章目录24/544.电容滤波电路的特点(T—电源电压的周期)输出电压的脉动程度与平均值UO和放电时间常数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。当负载RL开路时，UO。U2为了得到比较平直的输出电压25)(3LTCRτ一般取≥近似估算取：UO=1.2U(桥式、全波）UO=1.0U（半波）下一页返回上一页退出章目录25/54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V35V2522RMUU变压器二次电压的有效值A075.0A20030212121LOODRUII解：1.选择整流二极管25VV1.2302.1OUUIOM=100mAURWM=50V可选用二极管2CZ52BuRLuO++––~+CuRLuO++––~+C下一页返回上一页退出章目录26/54取RLC=5T/2已知RL=50s05.0s25015LCR2.选择滤波电容器250μ5F10250F2000.0505.06LRC可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器。解：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。uRLuO++––~+CuRLuO++––~+C例：下一页返回上一页退出章目录27/5418.2.2电感电容滤波器(LC滤波器)1.电路结构LuRLuO++––~~+CLuRLuO++––~~+C2.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,线圈中产生自感电动势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。下一页返回上一页退出章