第六章直流电源电路 6.1 直流电源的组成

下一页返回上一页退出章目录

第六章直流电源电路第六章直流电源电路

6.1 6.1 直流电源的组成直流电源的组成

功能：把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压

u4 uou3u2u1

交流电源交流电源负载负载

变压变压整流整流滤波滤波稳压稳压


t

uD

O

一、单相半波整流电路一、单相半波整流电路

2. 2. 工作原理工作原理 uu 正半周，正半周， VVaa>V>Vbb ，，二极管二极管 DD 导通；导通；

3. 3. 工作波形工作波形

u 负半周， Va< Vb ，二极管 D 截止。

1. 1. 电路结构电路结构

–

+ +

–

aTrD

uou

b

RL

io u

tO

uo

Ot

U2

U2

U2

6.2 6.2 整流电路整流电路


4. 4. 参数计算参数计算(1) (1) 整流电压平均值整流电压平均值 UUoo

(2) (2) 整流电流平均值整流电流平均值 IIooLL R

U

R

UI 45.0o

o

(3) (3) 流过每管电流平均值流过每管电流平均值 IIDD oD II

(4) (4) 每管承受的最高反向电压每管承受的最高反向电压 UUDRMDRM UU 2DRM

(5) (5) 变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值 II

oπ

ο57.1 d) sin(

π2

1 2m IttII

) d( sin2π2

1 π

οttU U0.45oU


5. 5. 整流二极管的选择整流二极管的选择

平均电流平均电流 IID D 与最高反向电压与最高反向电压 UUDRMDRM 是选择整流是选择整流二极管的主要依据。二极管的主要依据。

选管时应满足：选管时应满足： IIOMOM IIDD ，， UURWMRWM UUDRMDRM

半波整流电路的优点：结构简单，使用的元件少。缺点 : 电源利用率低，输出的直流成分比较低；输出波形的脉动大；只用在要求不高，输出电流较小的场合。


二、单相桥式整流电路二、单相桥式整流电路

2. 2. 工作原理工作原理 uu 正半周，正半周， VVaa>V>Vbb ，，二极管二极管 DD11 、、 DD33 导通，导通， DD22 、、 DD44 截止。截止。


uD2

uD4


－ uo

uD

t

t

RLu

io

uo

1

23

4a

b

+

–

+

–

－

u

t

U2

U2

U2


2. 2. 工作原理工作原理


uD2

uD4


RLu

io

uo

1

23

4a

b

+

–

+

–

u 正半周， Va>Vb ，二极管 1 、 3 导通， 2 、 4 截止。

uu 负半周，负半周， VVaa<V<Vbb ，二极，二极管管 22 、、 4 4 导通，导通， 11 、、 3 3 截截止。止。

uo

uD

t

t

uD1

uD3

－

－u

t

U2

U2

U2


4. 参数计算(1) (1) 整流电压平均值整流电压平均值 UUoo

(2) (2) 整流电流平均值整流电流平均值 IIooLL R

U

R

UI 9.0o

o

(3) (3) 流过每管电流平均值流过每管电流平均值 IIDD o2

1D II

(4) (4) 每管承受的最高反向电压每管承受的最高反向电压 UUDRMDRM UU 2DRM (5) (5) 变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值 II

oπ

ο11.1 d) sin(

π2

1 2 2m IttII

) d( sin2π

1 π

οttU U0.9oU


解：解：变压器副边电压有效值变压器副边电压有效值

例：例：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。

V 1119.0

100

9.0o

UU

流过每只二极管电流平均值流过每只二极管电流平均值 A122

1

2

1oD II

每只二极管承受的最高反向电压每只二极管承受的最高反向电压V 17212222DRM UU

整流电流的平均值整流电流的平均值 A 250

100

L

oo

R

UI

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 = 1.1 111 122 V


例：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220 V ，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。

81122

220 .K 变比

I = 1.11 Io= 2 1.11 = 2. 2 A

变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值

变压器容量变压器容量 S = U I = 122 2.2 = 207. 8 V A

变压器副边电压 U 122 V

A1D IV 172DRM 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 。


例例试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管 DD22 或或 DD44 断断开时负载电压的波形。开时负载电压的波形。如果如果 DD22 或或 DD4 4 接反，后果如何？接反，后果如何？如果如果 DD2 2 或或 DD44 因击穿或烧坏而短路，后果又如何？因击穿或烧坏而短路，后果又如何？

uo

+

_~ u

+_ RL

D2

D4

D1

D3

解：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 。

uo

u

π 2π 3π 4πt

tπ 2π 3π 4π

o

o


如果如果 DD22 接反接反则正半周时，二极管 D2 、 D3 导通，电流经 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。如果如果 DD22 或或 DD44 因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路则正半周时，情况与 D2 或 D4 接反类似，将因电流过大而烧坏。

uo

+

_~ u

+_ RL

D2

D4

D1

D3


6.36.3 、滤波器、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：滤波：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 ) 。


一、电容滤波器一、电容滤波器 1. 1. 电路结构电路结构

2. 2. 工作原理工作原理 u >uC 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 。 uu < <uuC 时，二极管截止，电容通过负载时，二极管截止，电容通过负载 RRLL 放电，放电，uuCC 按指数规律下降，按指数规律下降， uuoo= = uuC 。。

+C

ic

i

–

+ +

–

aD

uou

b

RL

io

= uC


二极管承受的最高反向电压为。UU 22DRM

uo

U2

U2

u

tO

tO


4. 4. 电容滤波电路的特点及输出电压估电容滤波电路的特点及输出电压估算算

25)(3L

TCRτ 一般取 ((T T — — 电源电压的周期电源电压的周期 ))

输出电压的脉动程度与平均值 Uo 与放电时间常数 RLC 有关。

RRLLCC 越大越大电容器放电越慢电容器放电越慢输出电压的平均值输出电压的平均值 UUo o 越大，波形越平滑。越大，波形越平滑。

近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）

当负载当负载 RRL L 开路时，开路时， UUOO U2

为了得到比较平直的输出电压


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。

流过二极管的电流流过二极管的电流

二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压V 352522DRM UU

变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值

A0750200

30

2

1

2

1

2

1

L

OOD .

R

UII

u RLuo

+ +

– –

~ +C解： 1. 1. 选择整流二极管选择整流二极管

25V1.2

30

21O

.

UU

可选用二极管 2CP11IOM =100mA URWM =50V


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 = 200

S 05.02

5015L CR

u RLuo

+ +

– –

~ +C解： 2. 选择滤波电容器

F250F10250200

0.05

050 6

L

R

.C

可选用 C=250F ，耐压为 50V 的极性电容器


二、二、形滤波器形滤波器形形 LC LC 滤波器滤波器

滤波效果比 L 、C 滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。

比形 LC 滤波器的体积小、成本低。

L

u RLuo

+ +

– –

~ +C2

+C1

形形 RC RC 滤波器滤波器

R

u RLuoo

+ +

– –

~ +C2

+C1


二二 . . 工作原理工作原理UO = UZ IR = IO + IZ

U

IUZ

RL(IO) IR

设 UI 一定，负载 RL 变化

UO 基本不变 IR (IRR) 基本不变 UO (UZ ) IZ

一一 . . 电路电路

+

–UI RL

+C

IO

UO

+

–

+

–u

IR R

DZ

Iz

限流调压

稳压电路

6.46.4 、稳压管压管电路、稳压管压管电路


2. 2. 工作原理工作原理UO = UZ IR = IO + IZ

U

IUZ

UI UZ

设负载设负载 RRLL 一定，一定， UUI I 变化变化

UO 基本不变 IRR

IZ IR

1. 1. 电路电路

+

–UI RL

+C

IO

UO

+

–

+

–u

IR R

DZ

Iz


3. 3. 参数的选择参数的选择

(1) UZ = UO

(2) IZM= (1.5 ~ 3) Iomax

(3) UI = (2 ~ 3) UO

适用于输出电压固定、输出电流不大、适用于输出电压固定、输出电流不大、且负载变动不大的场合。且负载变动不大的场合。


Ui

T

R2UZ

RL UO

+

–R3+

+

––

+

UB

+

–DZ

+

–Uf

+

–

R11R

1R

6.5 6.5 串联型稳压电路串联型稳压电路

1. 1. 电路结构电路结构串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。

调整元件

比较放大

基准电压

取样电路


当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压 U

O 升高时，有如下稳压过程：

2. 2. 稳压过程稳压过程

O21

21f U

RR

RRUU

ZUU

由电路图可知由电路图可知

)( fZuoB UUAU

UO Uf UB UO

IC UCE

由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。

UI

T

R2UZ

RL UO

+

–R3+

+

––

+

UB

+

–DZ

+

–Uf

+

–

R11R

1R


3. 3. 输出电压及调节范围输出电压及调节范围

Z21

1

BO

)(1 URR

RUU

输出电压输出电压

Ui

T

R2UZ

RL UO

+

–R3+

+

––

+

UB

+

–DZ

+

–Uf

+

–

R11R

1R


6.66.6 、、集成稳压电源集成稳压电源单片集成稳压电源，具有体积小 , 可靠性高 , 使用灵活 ,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端 ,故称之为三端集成稳压器。 1. 分类

XXXX 两位数字为输出电压值

三端稳压器

输出固定电压

输出可调电压输出可调电压

输出正电压 78XX

输出负电压 79XX

（ 1. 25 ~ 37 V 连续可调）


2. 2. 外形及引脚功能外形及引脚功能

W7800系列稳压器外形1—输入端

3 —公共端2 —输出端

W7900系列稳压器外形

1 — 公共端3—输入端

2 —输出端

塑料封装塑料封装


输出为固定正电压时的接法如图所示。 (1)(1) 输出为固定电压的电路输出为固定电压的电路

输入与输输入与输出之间的出之间的电压不得电压不得低于低于 3V3V！！

3. 3. 三端固定输出集成稳压器的应用三端固定输出集成稳压器的应用

CO

W7805

CiUi

+

_

+

_

UO

1 2

3

0.1~1F 1F

为了瞬时增减负载电流为了瞬时增减负载电流时，不致引起输出电压时，不致引起输出电压有较大的波动。即用来有较大的波动。即用来改善负载的瞬态响应。改善负载的瞬态响应。

用来抵消输入端接线用来抵消输入端接线较长时的电感效应，较长时的电感效应，防止产生自激振荡。防止产生自激振荡。即用以改善波形。即用以改善波形。


(2)(2) 同时输出正、负电压的电路同时输出正、负电压的电路

23

220V

24V +C

24V+C

W7815

Ci

+15V1 2

3

Ci

W7915

1CO

CO

– 15V

1F

1F

0.33F

0.33F

1000F

1000F


UUXXXX:: 为为 W78XXW78XX

固定输出电压固定输出电压UUOO= U= UXX XX + U+ UZZ

（（ 33 ））提高输出电压的电路提高输出电压的电路

CO

W78XX

CiUI

+

_

+

_UO

1 2

3 UXX

UZ

R

DZ

+

_

+_

IO= I2 + IC

（（ 44 ））提高输出电流的电路提高输出电流的电路

II22≈≈II11==IIRR++IIBB= = --UUBEBE//RR++IICC//ββ

如如 ββ=10=10 、、 UUBEBE=-=-0.3V0.3V 、、 RR==0.50.5ΩΩ 、、 II22 =1A=1A 时，时， IICC=4A=4A

UO

IC

CO

W78XX

CiUI

+_

+_

1 2

3

R

IRI2

IO

T

IIBB

I1

Documents

第六章 直流电源电路 6.1 直流电源的组成

第六章直流电源电路 6.1 直流电源的组成