第7章直流稳压电源Word文档格式.docx
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整流电路要求的交流电压U2=、、2U2Sin「t,Rl是要求直流供电的负载电阻,四只整流二极管Di~D4接成电桥的形式,故有桥式整流电路之称。
图7-2(b)是它的简化画法。
U1
(b)简化画法
(a)单相桥式整流电路
在电源电压U2的正、负半周内(设a端为正,b端为负时是正半周)电流通路分别用图7-2(a)中实线和虚线箭头表示。
负载Rl上的电压uo的波形如图7-3所示。
电流io的波形与Uo的波形相同。
显然,它们都是单方向的全波脉动波形。
2.桥式整流电路的技术指标
整流电路的技术指标包括整流电路的工作性能指标和整流二极管的性能指标。
整流电路的工作性能指标有输出电压Uo和脉动
系数S。
二极管的性能指标有流过二极管的平均电流Id和管子所承受的最大反向电压UDRM。
下面来分析桥式整流电路的技术指标。
(1)输出电压的平均值Uo
1F厂2匝—八
Uo2U2sin,td,tU2=0.9U2(7-1)
】「0二
U2,
Ln2n
C\
3n
4n
\
3t
■亠■*xI■varr
iLiD1iD3'
iD2iD4!
o■
o导通3导通4D导通:
D导通4
直流电流为
图7-3单相桥式整流电路波形图
Io
_0.9U2
-Rl
(7-2)
(2)脉动系数S
图7-3中整流输出电压波形中包含有若干偶次谐波分量称为纹波,它们叠加在直流分量上。
我们把最低次谐波幅值与输出电压平均值之比定义为脉动系数。
全波整流电压的脉动系数约为0.67,故需用滤波电路滤除uo中的纹波电压。
(3)流过二极管的正向平均电压Id
在桥式整流电路中,二极管Di、D3和D2、D4是两两轮流导通的,所以流经每个二极管的平均电流为
Id=1Il=
2
0.45U2
Rl
(7-3)
(4)二极管承受的最大反向电压Udrm
二极管在截止时管子承受的最大反向电压可从图7-2(a)看出。
在u2正半周时,Di、D3导通,D2、D4截止。
此时D2、D4所承受到的最大反向电压均为u2的最大值,即
UdrM=Hu2(7-4)
同理,在u2的负半周Di、D3也承受同样大小的反向电压。
桥式整流电路的优点是输出电压高,纹波电压较小,管子所承受的最大反向电压较低,同时因电源变压器在正负半周内都有电流供给负载,电源变压器得到充分的利用,效率较高。
因此,这种电路在半导体整流电路中得到了广泛的应用。
电路的缺点是二极管用的较多。
目前市场上已有许多品种的半桥和全桥整流电路出售,而且价格便宜,这对桥式整流电路缺点是一大弥补。
表7-1给出了常见的几种整流电路的电路图、整流电压的波形,及计算公式。
表4-5常见的几种整流电路
7.1.2滤波电路
滤波电路的作用是滤除整流电压中的纹波。
常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、复式滤波及有源滤波。
这里仅讨论电容滤波和电感滤波。
1•电容滤波电路
电容滤波电路是最简单的滤波器,它是在整流电路的负载上并联一个电容Co
电容为带有正负极性的大容量电容器,如电解电容、钽电容等,电路形式如图7-4
(a)所示。
(1)滤波原理
电容滤波是通过电容器的充电、放电来滤掉交流分量的。
图7-4(b)的波形图中虚线波形为桥式整流的波形。
并入电容C后,在U2>
0时,Di、D3导通,D2、D4截止,电源在向Rl供电的同时,又向C充电储能,由于充电时间常数T很小(绕组电阻和二极管的正向电阻都很小),充电很快,输出电压Uo随U2上升,当
UC=,2U2后,U2开始下降U2<
UC,tl~t2时段内,Dl~D4全部反偏截止,由电容C向
RL放电,由于放电时间常数T较大,放电较慢,输出电压Uo随UC按指数规律缓
慢下降,如图中的ab实线段。
b点以后,负半周电压U2>
uc,Di、D3截止,D2、D4导通,C又被充电至C点,充电过程形成Uo=U2的波形为be实线段。
c点以后,U2VUC,Di~D4又截止,C又放电,如此不断的充电、放电,使负载获得如图7-2
(b)中实线所示的Uo波形。
由波形可见,桥式整流接电容滤波后,输出电压的
脉动程度大为减小。
I。
+
CTRl
Uo
t1t2t3
(a)电路(b)波形
图7-4桥式整流电容滤波电路及波形
(2)Uo的大小与元件的选择
由上讨论可见,输出电压平均值Uo的大小与T、T的大小有关,T越小,T越大,U0也就越大。
当负载RL开路时,T无穷大,电容C无放电回路,U0达到最大,即Uo=■.2U2;
若Rl很小时,输出电压几乎与无滤波时相同。
因此,电容滤波器输出电压在0.9U2~2U2范围内波动,在工程上一般采用经验公式估算其大小,Rl愈小,输出平均电压愈低,因此输出平均电压可按下述工程估算取值
U°
=U2(半波)I
=1.2U2(全波)j(7-5)
为了达到式(7-5)的取值关系,获得比较平直的输出电压,一般要求Rl-(5〜
10)丄,即
-C
1
RlC-(3〜5)t(7-6)
式中T电源交流电压的周期。
对于单相桥式整流电路而言,无论有无滤波电容,二极管的最高反向工作电压都是2U2。
关于滤波电容值的选取应视负载电流的大小而定。
一般在几十微法到几千微
法,电容器耐压应大于..2U2
例7-1需要一单相桥式整流电容滤波电路,电路如图7-5所示。
交流电源频
率f=50Hz,负载电阻Rl=120Q,要求直流电压Uo=30V试选择整流元件及滤波
电容。
解:
(1)选择整流二极管
①流过二极管的平均电流
1Uo
2Rl
由Uo=1.2U2,所以交流电压有效值
U2
__30
=1?
2=1?
=25V
②二极管承受的最高反向工作电压
Udrm二2U2—2^-25二35V
可以选用2CZ11A(Irm=1000mA,Urm=100V)整流二极管4个。
(2)选择滤波电容C
取RlC=5T,而T=丄-0.02S,所以
2f50
C—5T15002=417rF
Rl21202
可以选用C=500iiF耐压值为50V的电解电容器。
电容滤波电路结构简单,输出电压较高,脉动较小,但电路的带负载能力不
强,因此,电容滤波通常适合在小电流,且变动不大的电子设备中使用。
2.电感滤波电路
在桥式整流电路和负载电阻Rl间串入一个电感器L,如图7-6所示。
利用电感的储能作用可以减小输出电压的纹波,从而得到比较平滑的直流。
当忽略电感器L的电阻时,负载上输出的平均电压和纯电阻(不加电感)负载相同,即
Uo=0.9u2(7-7)
u2
u0
图7-6桥式整流电感滤波电路
电感滤波的特点是,整流管的导电角较大(电感L的反电势使整流管导电角增大),峰值电流很小,输出特性比较平坦。
其缺点是由于铁芯的存在,笨重、体积大,易引起电磁干扰。
一般只适用于大电流的场合。
3•复式滤波器
在滤波电容C之前加一个电感L构成了LC滤波电路。
如图7-7(a)所示。
这样可使输出至负载Rl上的电压的交流成分进一步降低。
该电路适用于高频或负载电流较大并要求脉动很小的电子设备中。
为了进一步提高整流输出电压的平滑性,可以在LC滤波电路之前再并联一个滤波电容Ci,如图7-7(b)所示。
这就构成了tLC滤波电路。
(b)tLC滤波器
(a)LC型滤波器
(c)nRC型滤波器
图7-7复式滤波电路
由于带有铁芯的电感线圈体积大,价也高,因此常用电阻R来代替电感L构
成tRC滤波电路,如图7-7(c)所示。
只要适当选择R和C2参数,在负载两端可以获得脉动极小的直流电压。
在小功率电子设备中被广泛米用。
7.2稳压电路
本节学时:
1学时
本节重点:
并联型稳压电路、串联型稳压电路。
教学方法:
稳压电路作为直流稳压电源的最后一个组成部分,它的性能好坏对整个电路的影响很大。
主要介绍并联型稳压电路、串联型稳压电路稳压电路的组成、稳压原理、技术指标。
7.2.1并联型稳压电路
并联型稳压电路是最简单的一种稳压电路。
这种电路主要用于对稳压要求不
图7-8稳压管稳压电路
高的场合,有时也作为基准电压源。
图7-8就是并联型稳压电路,又称稳压管稳压电路,因其稳压管Dz与负载电阻Rl并联而得名。
引起电压不稳定的原因是交流电源
电压的波动和负载电流的变化。
而稳压管能够稳压的原理在于稳压管具有很强的电流控制能力。
当保持负载Rl不变,Ui因交流电源电压增加而增加时,负载电压Uo也要增加,稳压管的电流Iz急剧增大,因此电阻R上的压降急剧增加,以抵偿Ui的增加,从而使负载电压Uo保持近似不变。
相反,Ui因交流电源电压降低而降低时,稳压过程与上述过程相反。
如果保持电源电压不变,负载电流Io增大时,电阻R上的压降也增大,负载电压Uo因而下降,稳压管电流Iz急剧减小,从而补偿了Io的增加,使得通过电阻R的电流和电阻上的压降保持近似不变,因此负载电压Uo也就近似稳定不变。
当负载电流减小时,稳压过程相反。
选择稳压管时,一般取:
(7-8)
Uz二U。
1Zmax=(1・5~3)Iomax
Ui=(2〜3)Vo
例7-2有一稳压管稳压电路,如图7-8所示。
负载电阻Rl由开路变到3KQ,交流电压经整流滤波后得出Ui=45(V)。
今要求输出直流电压Uo=15(V),试选择稳压管Dz。
根据输出直流电压Uo=15(V)的要求,由式(7-8)稳定电压
UZ=Uo=15(V)
由输出电压Vo=15(v)及最小负载电阻Rl=3KQ的要求,负载电流最大值
Iomax
u。
15
3
=5mA
IR
$*■_II1
IIzTIl
图7-9例7-3
由式(7-8)计算IZmax=3Iomax=15mA
查半导体器件手册,选择稳压管2CW20,其稳定电压Uz=(13.5〜17)(V),稳
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