第18章直流稳压电源 (2)

18.2滤波电路18.3直流稳压电源18.1整流电路☆☆第18章直流稳压电源本章主要内容：1.直流稳压电源的组成、各部分的作用；2.单相半波整流电路和单相桥式整流电路的工作原理；3.简单的电容滤波电路；5.串联稳压电路的工作原理。本章重点：单相桥式整流电路工作原理以及电容滤波电路的工作原理第18章直流稳压电源滤波整流变压交流电源负载OtuOtuOtuOtuOtu220V单向脉动直流电压合适的交流电压比较平滑的直流电稳定的直流电稳压直流稳压电源的组成整流电路的作用: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。整流原理：利用二极管的单向导电性18.1整流电路18.1.1单相半波整流电路)sin(22tUuＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–整流电压平均值：tO23u2U2tO23uOU2tO23iD=iOtO23uDU20O)(d)sin(221ttUUU45.0LOD45.0RUIIUU2RM二极管最高反向电压：u2正半周，VaVb，二极管D导通；负半周，D截止。例1：已知负载电阻为750欧姆，变压器二次测电压U2=20V，试求：ＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–RMUIU,,00+uoRLio+u～组成：由四个二极管接成电桥的形式18.1.2单相桥式整流电路D1+uRL+uoio～D2D4D3+uoioRLu～D1D2D4D3简化画法RLioD4D3D2D1+u+uo承受反压截止～u正半周：D1和D3导通，D2和D4截止。18.1.2单相桥式整流电路RLD4D3D2ioD1+u+uou负半周：～承受反压截止D2和D4导通,D1和D3截止。18.1.2单相桥式整流电路输入负半周D3RLD4D2D1~u+uoioioRLD4D3D2D1u~+uo输入正半周totototo23232233uouuDiD=ioU2U2U2D2、4D1、3输出uo和io是单方向全波脉动波形18.1.2单相桥式整流电路1)整流输出电压平均值)(d)sin(210ottUUUU9.022totototo23232233uOuuDiD=ioU2U2U22)流过负载电阻的电流平均值LLoo9.0RURUI18.1.2单相桥式整流电路5)变压器二次电流有效值与整流电流平均值的关系3)每个二极管平均电流oDF21IIL45.0RU4)每个二极管最高反向电压UU2DRMtotototo23232233uOuuDiD=ioU2U2U2oLo11.19.0IRULRUI18.1.2单相桥式整流电路例1、桥式整流电路如图,若VD3管烧断,输出电压波形为_________～u1VD2u2uoRLVD3VD4VD1u2uOA.uOC.uOD.uOB.C例2、桥式整流电路的变压器副边电压为20V，每个整流二极管所承受的最大反向电压为____A.20VB.28.28VC.40VD.56.56V例3、测量桥式整流电路的输出电压为9V，此时发现有一只二极管已经断开，其变压器二次电压为____A.10VB.15VC.20VD.25VBC例4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。试求变压器的电压比和容量，并选择二极管。解：1)变压器二次电压的有效值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计算值5%~10%，即U'＝1111.1122V。V111=V9.0100=9.0=oUU8.1122220K2A=A50100==LooRUI变压器电压比2)整流电流平均值2.22A=A)2×11.1(=11.1=oII变压器二次侧电流有效值18.1.2单相桥式整流电路270.8VAVA)22.2122('IUS172VV)1222('2UUDRM1A=A)2×21(=21=oDFII变压器容量3)每只二极管承受的最高反向电压流过每只二极管的平均电流值为使整流电路工作安全起见，在选择二极管时，二极管的最大整流电流IOM应大于二极管中流过的电流平均值IDF，二极管的反向工作电压URM应比二极管在电路中承受的最高反向电压UDRM大一倍左右。查附录B，二极管选用2CZ12D(3A，300V)，或者2CZ12E(3A，400V)。18.1.2单相桥式整流电路例5设变压器和各二极管是理想的。U21＝U22＝U＝15V。1）判断这是哪一种整流电路？18.1.2单相桥式整流电路Uo1RL2+u21+u1aVD1VD4VD3VD2+u22Uo2RL1bcacVDa11LRcbVDc32LR解：该电路有4只桥式二极管，变压器带抽头，两路输出电压。当输入电压为正半周时，二极管VD1和VD3导通，电流通路为和例5设变压器和各二极管是理想的。U21＝U22＝U＝15V。1）判断这是哪一种整流电路？18.1.2单相桥式整流电路Uo1RL2+u21+u1aVD1VD4VD3VD2+u22Uo2RL1bc所以该电路是共用变压器二次绕组的两个全波整流电路。当输入电压为负半周时，二极管VD2和VD4导通，电流通路为和bcVDb12LRcaVDc42LR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？uo+_~u+_RLD2D4D1D3解：1)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。uouπ2π3π4πttπ2π3π4πoo2)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。3)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。uo+_~u+_RLD2D4D1D3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)。18.2滤波电路io+uoRLD1D4D3D2+u一、电容滤波电路电容充电电容放电u正半周D1和D3导通给负载供电，另一方面给电容C充电,u达到最大值时，电容两端电压uC也达到最大值。u从最大值开始下降，当u小于uC时，D1和D3截止，电容C向RL放电。C+uC_18.2滤波电路二极管承受的最高反向电压为。UU2DRMutuot无滤波电容时的波形有滤波电容时的波形u上升，u大于电容上的电压uC，u对电容充电，uo=uCuu下降，u小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。电容C通过RL放电，uC按指数规律下降，uo=uC18.2滤波电路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）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0tuo2U2RLC小RLC大RL=(2)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。iDtuoU2tOO电容滤波电路简单，输出电压平均值较高，脉动较小；但是外特性较差，且有较大的冲击电流。因此，电容滤波电路一般适用于要求输出电压较高，负载电流较小并且变化也较小的场合。例5有一单相桥式电容滤波整流电路，交流电源频率f=50Hz,负载电阻RL=100，输出电压平均值Uo=30V，试确定变压器二次电压有效值U，选择整流二极管及滤波电容。解：1）变压器二次电压有效值2）选择二极管输出电流平均值为二极管承受最高反向电压为可选：四只2CP21二极管（IDM＝300mA，URM＝100V）25V=V2.130=2.1=oUU0.3A=A10030==LooRUI0.15A=A3.0×21=21=oDFII流过二极管电流平均值为35V=V25×2=2=UUDRM18.2滤波电路例5有一单相桥式电容滤波整流电路，交流电源频率f=50Hz,负载电阻RL=100，输出电压平均值Uo=30V，试确定变压器二次电压有效值U，选择整流二极管及滤波电容。解：所以选：容量500μF，耐压50V的极性电容。2)5~3(≥TCRL0.02s=s501=1=fT2×5=TCRLFμ500=2×5=LRTC取根据式（6-18）2）选择滤波电容18.2滤波电路例6单相桥式整流电容滤波电路如图所示。已知变压器二次电压u2＝25sinωtV，f＝50Hz，RLC≥（3~5）T/2。1）估算输出电压Uo，标出电容器C上的电压极性。电容器上电压极性是上端为“正”、下端为“负”，若选用有极性的电解电容作滤波电容C时，“正极”应接在该电路的A点。+UoRLVD1VD4VD3VD2+u2+u1C解：1）V2.21V2/252.12.12oUUAB18.2滤波电路例6单相桥式整流电容滤波电路如图所示。已知变压器二次电压u2＝25sinωtV，f＝50Hz，RLC≥（3~5）T/2。2）当负载开路时，对Uo有什么影响？+UoRLVD1VD4VD3VD2+u2+u1C解：2）当RL→∞时，输出电压等于u2的峰值，即V2522oUU18.2滤波电路例6单相桥式整流电容滤波电路如图所示。已知变压器二次电压u2＝25sinωtV，f＝50Hz，RLC≥（3~5）T/2。3）当滤波电容开路时，对Uo有什么影响？+UoRLVD1VD4VD3VD2+u2+u1C解：3）滤波电容C开路时，电路为一桥式整流电路，V9.15V2/259.09.02oUU输出电压为单向脉动电压，其平均值18.2滤波电路4）二极VD1若发生开路或短路，对Uo有什么影响？+UoRLVD1VD4VD3VD2+u2+u1C解：4）二极管VD1开路时，电路为半波整流、电容滤波电路，但只有在交流电压的半个周期内有二极管导通，在交流电压的一个周期中，C充、放电时间缩短，使输出电压平均值减小。18.2滤波电路5）若VD1～VD4中有一个二极管正、负极接反，将产生什么后果？VD1+UoRLVD4VD3VD2+u2+u1C解：4）二极管VD1短路后，5）若在VD1~VD4四个二极管中有一个极性接反，也会有上述情况发生。在u2的负半周，VD2导通，且经短路的VD1直接并接在变压器二次绕组两端，会导致VD2或变压器烧坏。18.2滤波电路电阻对于交、直流电流都具有降压作用，但是当它和电容配合之后，就使脉动电压的交流分量较多地降落在电阻R两端(这是因为电容C2的交流阻抗很小)，而较少地降落在负载电阻之上，从而起到了滤波作用。R愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但是R太大，使直流压降增加，因此这种滤波电路主要适用于负载电流较小，且要求输出电压脉动很小的场合。二、RCπ形滤波电路RRL~+u+uoC1C2C1C2R18.2滤波电路稳压管稳压电路集成稳压电路串联型稳压电路常用稳压电路(小功率设备)以下主要讨论串联稳压电路。电路最简单，但是带负载能力差，输出功率小。一般只提供基准电压，不作为电源使用。效率较高，目前广泛使用，这里简单介绍。HOME18.3直流稳压电源一稳压管稳压电路图稳压管稳压电路其稳压过程分述如下：当R