直流電源的組成及各部分的作用

第10章直流電源10.1直流電源的組成及各部分的作用10.2整流電路10.3濾波電路10.4穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路10.6開關(guān)型穩(wěn)壓電路10.7Multisim10.1直流電源的組成及各部分的作用

直流電源是能量轉(zhuǎn)換電路，將220V（或380V）50Hz的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。穩(wěn)壓電路濾波電路整流電路電源變壓器220V半波整流全波整流

變壓器：改變電壓值，通常是降壓。

整流電路：將交流變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)的直流。

濾波電路：減小脈動(dòng)。

穩(wěn)壓電路：使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響。

在分析電源電路時(shí)要特別考慮的兩個(gè)問(wèn)題：允許電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10％，且負(fù)載有一定的變化范圍。10.2整流電路

整流二極管為理想二極管：導(dǎo)通時(shí)正向壓降為零，截止時(shí)反向電流為零；

變壓器無(wú)損耗，內(nèi)部壓降為零。

對(duì)整流電路要研究清楚以下問(wèn)題：

1、電路的工作原理：二極管工作狀態(tài)、波形分析。

2、輸出電壓和輸出電流的平均值：輸出為脈動(dòng)的直流電壓。

3、整流二極管的選擇：二極管承受的最大整流平均電流和最高反向工作電壓。10.2.1整流電路的分析方法及基本參數(shù)

一、工作原理

220V50HzRLD+-+-

1、u2為正半周時(shí)，

二極管D導(dǎo)通，

uo=u2

2、u2為負(fù)半周時(shí)，

D截止，承受反向電壓為u2，

uo=0tu2OtuoOtOU2muD

二、主要參數(shù)

1、輸出電壓平均值UO（AV）

2、輸出電流平均值IO（AV）

3、脈動(dòng)系數(shù)S

整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S：定義為整流輸出電壓的基波峰值UO1M與輸出電壓平均值UO（AV）之比，

三、二極管的選擇

考慮電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，應(yīng)選擇二極管的參數(shù)為

【例10.2.1】在半波整流電路中，已知電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍是±10％，變壓器副邊電壓有效值U2=30V，負(fù)載電阻RL=100Ω，試問(wèn)：

（1）RL上的UO（AV）和IO（AV）各為多少？

（2）二極管承受的最大反向電壓和流過(guò)的最大電流平均值各為多少？

（3）若不小心將輸出端短路，則會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

解：（1）

（2）二極管承受的最大反向電壓

二極管流過(guò)的最大平均電流

（3）若不小心將輸出端短路，則變壓器副邊電壓全部加在二極管上，二極管會(huì)因正向電流過(guò)大而燒壞；

若二極管燒成為短路，則會(huì)使變壓器副邊線圈短路，副邊電流將很大，如不及時(shí)斷電，會(huì)造成變壓器永久性損壞。10.2.2單相橋式整流電路

一、電路的組成

220V50HzRL+-+-D1D3D2D4

220V50HzRLD4D2D1D3

220V50HzRLD1~D4

二、工作原理

1、u2為正半周時(shí)，

220V50HzRLD4D2D1D3

D1、D3正偏導(dǎo)通，D2、D4反偏截止。uo=u2

2、u2為負(fù)半周時(shí)，

220V50HzRLD4D2D1D3

D1、D3反偏截止，D2、D4正偏導(dǎo)通。uo=-u2u2uD4,uD2uD3,uD1uo

三、輸出電壓平均值UO（AV）和輸出電流平均值IO（AV）

四、二極管的選擇

考慮電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，應(yīng)選擇二極管的參數(shù)為

220V50HzD1D3D2D4

RL1RL2+-+-

在負(fù)載RL1兩端得到正電壓uo1；

在負(fù)載RL2兩端得到負(fù)電壓uo2.

【例10.2.2】在橋式整流電路中，已知變壓器副邊電壓有效值U2=30V，負(fù)載電阻RL=100Ω，試問(wèn)：

（1）RL上的UO（AV）和IO（AV）各為多少？

（2）當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為±10％，二極管的最大平均電流IF與最高反向工作電壓URM至少應(yīng)選取多少？

（3）若二極管D1開路或短路，則分別產(chǎn)生什么現(xiàn)象？

解：（1）

（2）二極管承受的最大反向電壓

二極管流過(guò)的最大平均電流

（3）若D1開路，則電路僅能實(shí)現(xiàn)半波整流，因而輸出電壓平均值僅為原來(lái)的一半；

若D1短路，則在u2的負(fù)半周將變壓器副邊電壓全部加在D2上，D2將因電流過(guò)大而燒壞，且若D2燒成為短路，則有可能燒壞變壓器。10.3濾波電路10.3.1電容濾波電路

220V50HzRLD4D2D1D3C

一、濾波原理

當(dāng)變壓器副邊電壓u2處于正半周并且數(shù)值大于電容兩端電壓uC時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻RL，

另一路對(duì)電容C充電。ωtuOOπ2π3π

當(dāng)u2下降到一定的數(shù)值后，uC的下降速度小于u2的下降速度，使uC大于u2從而導(dǎo)致D1、D3截止，電容C繼續(xù)通過(guò)RL放電。

變壓器和二極管是有內(nèi)阻的，整流電路內(nèi)阻上是有壓降的。ωtuOOπ2π3π

由于整流電路的內(nèi)阻很小，電容充電時(shí)間常數(shù)很小，充電進(jìn)行很快

電容放電時(shí)間常數(shù)為RLC，通常遠(yuǎn)大于充電時(shí)間常數(shù)。

因此，濾波效果取決于放電時(shí)間。ωtuOOπ2π3πRLC大RLC大

二、輸出電壓平均值濾波電路輸出電壓波形難于用解析式來(lái)描述。濾波電路輸出電壓波形難于用解析式來(lái)描述。濾波電路輸出電壓波形難于用解析式來(lái)描述。ωtuOO斜率等于RLC放電的起始斜率

當(dāng)負(fù)載開路時(shí)，

當(dāng)RLC=（3~5）T/2時(shí)，

電容的耐壓值應(yīng)大于

三、脈動(dòng)系數(shù)

在近似波形（鋸齒波）中，交流分量的基波的峰—峰值為

基波的峰值為

四、整流二極管的導(dǎo)通角θ

在未加濾波電容之前，整流二極管的導(dǎo)通時(shí)間為半個(gè)周期，即二極管的導(dǎo)通角θ為π。

加濾波電容后，只有當(dāng)電容充電時(shí)整流二極管才導(dǎo)通，即整流二極管的導(dǎo)通時(shí)間小于半個(gè)周期。

即每只二極管的導(dǎo)通角θ都小于π。ωtuOOπ2πωtiOπ2πiOiD

并且RLC越大，濾波效果越好，導(dǎo)通時(shí)間越短，導(dǎo)通角θ越小。

二極管在短暫的時(shí)間內(nèi)將流過(guò)一個(gè)很大的沖擊電流為電容充電。二極管的壽命將受影響

在選擇整流二極管時(shí)，最大整流平均電流IF通常要大于負(fù)載電流的2~3倍。

五、電容濾波電路的輸出特性和濾波特性

當(dāng)濾波電容C選定后，UO（AV）和IO（AV）的關(guān)系稱為輸出特性。IO（AV）OUO（AV）C減小

當(dāng)濾波電容C選定后，S和IO（AV）的關(guān)系稱為波波特性。IO（AV）OSC減小

電容濾波電路適用于負(fù)載電流較小且變化范圍不大的場(chǎng)合。

【例10.3.1】在圖（a）所示電路（橋式整流、電容濾波）中，

若電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為10％，UO（AV）≈1.2U2。

要求UO（AV）=15V，IL（AV）=100mA。

試選擇合適的濾波電容。

解：由于UO（AV）≈1.2U2，

C的取值滿足RLC=（3~5）T/2的條件。

電容的耐壓值為

可選取容量為330μF、耐壓為25V的電容作本電路的濾波電容。

討論一：

在橋式整流、電容濾波電路中，

已知變壓器副邊電壓有效值為10V，電容量足夠大，判斷下列情況下輸出電壓平均值UO（AV）≈？

1、正常工作；

2、C開路；

3、RL開路；

4、D1和C同時(shí)開路。12V9V14.1V4.5V

討論二：

整流電路如圖所示，

220V50HzD1D2u22

RLu21uO變壓器次級(jí)具有中心抽頭的全波整流電路

求解變壓器副邊電壓有效值U21＝U22＝20V時(shí)輸出電壓的波形和平均值、整流二極管的最大整流電流和最高反向工作電壓。10.3.2倍壓整流電路

利用濾波電容的存儲(chǔ)作用，由多個(gè)電容和二極管可以獲得幾倍于變壓器副邊電壓的輸出電壓，稱為倍壓整流電路。

1、二倍壓整流電路

220V50HzD1D2C1C2uO+-u2

當(dāng)u2

為正半周時(shí)，+-D1導(dǎo)通、D2截止，C1充電。

當(dāng)u2

為負(fù)半周時(shí)，+-D2導(dǎo)通、D1截止，C2充電。

2、多倍壓整流電路

220V50HzD1D6C1+-u2C3C5C2C4C6

在空載情況下，C1上的電壓為

C2~C6上的電壓均為

以C1和C3上的電壓相加作為輸出，輸出電壓值為

依次類推，從不同位置輸出，其輸出電壓值為10.3.3其它形式的濾波電路

一、電感濾波電路

220V50HzRLD1~D4

電感上感生電動(dòng)勢(shì)的方向總是阻止電流的變化。

每當(dāng)整流二極管的電流變小而趨于截止時(shí)，感生電動(dòng)勢(shì)將延長(zhǎng)這種變化，即增大二極管的導(dǎo)通角。uDL

二極管上的沖擊電流減小。線圈的直流電阻若R很小

RL越小、L越大，濾波效果越好。

電感濾波電路適用于大電流負(fù)載的場(chǎng)合。

二、復(fù)式濾波電路RL

LC§5-3電容電壓的連續(xù)性質(zhì)和記憶性質(zhì)

若uc(0-)

≠0，即t=0+時(shí)電容相當(dāng)于電壓源。7.1.1概述

一、電路的組成§5-3電容電壓的連續(xù)性質(zhì)和記憶性質(zhì)

若uc(0-)

≠0，即t=0+時(shí)電容相當(dāng)于電壓源。7.1.1概述

一、電路的組成§5-3電容電壓的連續(xù)性質(zhì)和記憶性質(zhì)

若uc(0-)

≠0，即t=0+時(shí)電容相當(dāng)于電壓源。7.1.1概述

一、電路的組成§5-3電容電壓的連續(xù)性質(zhì)和記憶性質(zhì)

若uc(0-)

≠0，即t=0+時(shí)電容相當(dāng)于電壓源。7.1.1概述

一、電路的組成§5-3