第18章直流稳压电源 (2)

1、 本章主要内容：本章主要内容： 1.直流稳压电源的组成、各部分的作用；直流稳压电源的组成、各部分的作用； 2.单相单相半波整流电路和单相半波整流电路和单相桥式整流电路的工作原理；桥式整流电路的工作原理； 3.简单的电容滤波电路；简单的电容滤波电路； 5.串联稳压电路的工作原理。串联稳压电路的工作原理。 本章重点：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滤波滤波整流整流变压变压交流交流电源电源负负载载OtuOtuOtuOtuOtu220 V单向脉动单向脉动直流电压直流电压合适的合适的交流电压交流电压比较平滑比较平滑的直流电的

2、直流电稳定的稳定的直流电直流电稳压稳压 将交流电压转变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。等。利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性18.1.1单相半波整流电路单相半波整流电路)sin(22tUuRL220 V+ uu2iD+ 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 0 O)(d)sin(221ttUUU45. 0LOD45. 0RUIIUU2RM二极管最高反向电压：例1：已知负载电阻为750欧姆，变压器

3、二次测电压U2=20V，试求：RL220 V+ uu2iD+ uDRMUIU,00+uo RLio+u 组成：组成：由四个二极管接成电桥的形式由四个二极管接成电桥的形式D1+u RL+uo ioD2D4D3+uo ioRLuD1D2D4D3简化画法RLioD4D3D2D1+u +uo 承受反承受反压截止压截止u正半周：正半周：D1和和D3导通，导通，D2和和D4截止。截止。RLD4D3D2ioD1+u +uo u负半周：负半周：承受反承受反压截止压截止D2 和和 D4导通导通, D1和和 D3 截止。截止。D3RLD4D2D1u+uo ioioRLD4D3D2D1u+uo to to to t

4、o 2 3 2 3 2 2 3 3 uouuDiD= ioU2U2U2D2、4D1、31) ) 整流输出电压平均值整流输出电压平均值)(d)sin(21 0 ottUU UU9 . 022 to to to to 2 3 2 3 2 2 3 3 uOuuDiD= ioU2U2U22) ) 流过负载电阻的电流流过负载电阻的电流 平均值平均值LLoo9 . 0RURUI5) ) 变压器二次电流有效值变压器二次电流有效值与整流电流平均值的关系与整流电流平均值的关系3) ) 每个二极管平均电流每个二极管平均电流oDF21IIL45. 0RU4) ) 每个二极管最高反向电压每个二极管最高反向电压UU2D

5、RM to to to to 2 3 2 3 2 2 3 3 uOuuDiD= ioU2U2U2oLo11. 19 . 0IRULRUI 例例1 1、桥式整流电路如图、桥式整流电路如图, , 若若VDVD3 3管烧断管烧断, , 输出电输出电压波形为压波形为_u u1 1VDVD2 2u u2 2u uo oR RL LVDVD3 3VDVD4 4V DV D1 1u u2 2u uO OA.A.u uO OC.C.u uO OD.D.u uO OB.B.C C例例2 2、桥式整流电路的变压器副边电压为、桥式整流电路的变压器副边电压为20V20V，每，每个整流二极管所承受的最大反向电压为个整流

6、二极管所承受的最大反向电压为_ A. 20V B. 28.28V C. 40V D. 56.56V 例例3 3、测量桥式整流电路的输出电压为、测量桥式整流电路的输出电压为9V9V，此时，此时发现有一只二极管已经断开，其变压器二次电发现有一只二极管已经断开，其变压器二次电压为压为 _ _ A. 10V B. 15V C. 20V D. 25V A. 10V B. 15V C. 20V D. 25V B BC C 例例4 单相桥式整流电路，单相桥式整流电路，已知已知交流电网电压为交流电网电压为220V，负负载电阻载电阻RL =50 ，负载电压，负载电压Uo=100V。试求变压器的电压比和。试求变压

7、器的电压比和容量，并容量，并选择二极管。选择二极管。解：解：1)变压器二次电压的有效值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电压一般应高出计算值高出计算值5% 10%，即，即U111 1.1 122V。V111=V9 . 0100=9 . 0=oUU8 . 1122220K2A=A50100=LooRUI变压器电压比变压器电压比2)2)整流电流平均值整流电流平均值 2.22A=A)211. 1 (=11. 1=oII变压器二次侧电流有效值变压器二次侧电流有效值 270.8VAVA)22. 2122(IU

8、S172VV)1222(2UUDRM1A=A)221(=21=oDFII 变压器容量变压器容量 3)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 流过每只二极管的平均电流值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，为使整流电路工作安全起见，在选择二极管时，二极二极管的最大整流电流管的最大整流电流IOM应大于二极管中流过的电流平均值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，二极管的反向工作电压URM应比二极管在电路中承受的最应比二极管在电路中承受的最高反向电压高反向电压UDRM大一倍左右。大一倍左右。 查附录查附录B，二极管选用二极管选用

9、2CZ12D(3A，300V)，或者，或者2CZ12E(3A，400V)。 例例5 设变压器和各二极管是理想的。设变压器和各二极管是理想的。U21U22U15V。 1）判断这是哪一种整流电路？）判断这是哪一种整流电路？Uo1RL2+u21 +u1 aVD1VD4VD3VD2+u22 Uo2RL1bcacVDa11LRcbVDc32LR解：解：该电路有该电路有4只桥式二极管，变压器带抽头，两路输出电压。只桥式二极管，变压器带抽头，两路输出电压。当输入电压为当输入电压为正半周时，二极管正半周时，二极管VD1和和VD3导通导通，电流通路为，电流通路为 和和 例例5 设变压器和各二极管是理想的。设变压

10、器和各二极管是理想的。U21U22U15V。 1）判断这是哪一种整流电路？）判断这是哪一种整流电路？Uo1RL2+u21 +u1 aVD1VD4VD3VD2+u22 Uo2RL1bc所以该电路是所以该电路是共用变压器二次绕组的两个全波整流电路共用变压器二次绕组的两个全波整流电路。当输入电压为当输入电压为负半周时，二极管负半周时，二极管VD2和和VD4导通导通，电流通路为，电流通路为 和和 bcVDb12LRcaVDc42LRuo+_u+_RLD2D4 D1D3当当D2或或D4断开后断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和和D3导导通，负载中有电流通，负

11、载中有电流过，负载电压过，负载电压uo o= =u；负半周时，；负半周时，D1和和D3截止，负载中无电流通截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，过，负载两端无电压， uo o =0=0。 uo u 234tt234oo 2) 2) 则正半周时，二极管则正半周时，二极管D1、D4或或D2、D3导通，电流导通，电流经经D1、D4或或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因而造成电源短路，电流很大，因此变压器及此变压器及D1、D4或或D2、D3将被烧坏。将被烧坏。 3) 3) 则正半周时，情况与则正半周时，情况与D2或或D4接反类似，电源及接反类似，电源及D1或或D3也将因电流过大而烧坏。也将因电流

12、过大而烧坏。uo+_u+_RLD2D4 D1 D3 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，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。其中既有直流成份又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电滤波电路利用储能元件电容两端的电压压( (或通过电感中的电流或通过电感中的电流) )不能突变的特性不能突变的特性, , 滤掉整流滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达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。到平滑输出电压波形的目的。 方法：方法：将电容与负载将电容与负载R RL L并联并联( (或将电感与负载或将电感与负载R

13、RL L串串联联) )。io + uo RLD1D4D3D2+u 一、电容滤波电路一、电容滤波电路 u正半周正半周D1和和D3导通给负载供电，另一方面给电容导通给负载供电，另一方面给电容C充充电电, u达到最大值时，电容两端电压达到最大值时，电容两端电压uC也达到最大值。也达到最大值。 u从最大值开始下降，当从最大值开始下降，当u小于小于uC时，时，D1和和D3截止，截止， 电容电容C 向向 RL 放电。放电。C+uC_二极管承受的最高反向电压为二极管承受的最高反向电压为 。UU2DRMutuot无滤波电容无滤波电容时的波形时的波形有滤波电容有滤波电容时的波形时的波形u上升，上升， u大于电容

14、上的大于电容上的电压电压uC，u对电容充电，对电容充电，uo= uC uu下降，下降， u小于电容上的电压。小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。电容电容C通过通过RL放电，放电， uC按指数按指数规律下降，规律下降， C 25)(3LTCR 一般取一般取(1) (1) 输出电压的脉动程度与平均值输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间与放电时间 常数常数RLC有关。有关。 近似估算取：近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式）桥式） Uo = 1. 0 U （半波）半波）U2 为了得到比较平直的输出电压为了得到比较平直的输出电压0 tuo 2 U2RLC

15、小小RLC大大RL = RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越越大大整流二极管导通时间越短整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大。的峰值电流越大。iD tuoU2 tOO 例例5 有一有一单相桥式电容滤波整流电路，单相桥式电容滤波整流电路， 交流电源频率交流电源频率 f = 50 Hz,负载电阻负载电阻 RL = 100 ，输出电压平均值，输出电压平均值 Uo = 30V，试确，试确定变压器二次电压有效值定变压器二次电压有效值U，选择，选择整流二极管整流二极管及及滤波电容。滤波电容。 解：解：2）选择二极管）选择二极管输出电流平均值为输出电流平均值为二极管承受最高反向电压为二极管承受最

16、高反向电压为可选可选：四只四只2CP21二极管（二极管（IDM300mA，URM100V）25V=V2 . 130=2 . 1=oUU0.3A=A10030=LooRUI0.15A=A3 . 021=21=oDFII流过二极管电流平均值为流过二极管电流平均值为35V=V252=2=UUDRM 例例5 有一有一单相桥式电容滤波整流电路，单相桥式电容滤波整流电路， 交流电源频率交流电源频率 f = 50 Hz,负载电阻负载电阻 RL = 100 ，输出电压平均值，输出电压平均值 Uo = 30V，试确，试确定变压器二次电压有效值定变压器二次电压有效值U，选择，选择整流二极管整流二极管及及滤波电容。

17、滤波电容。 解：解：所以所以选：选：容量容量500F，耐压，耐压50V的极性电容。的极性电容。2)53(TCRL0.02s=s501=1=fT25=TCRLF500=25=LRTC 取取 根据式根据式（6-18）2）选择滤波电容）选择滤波电容 例例6 单相桥式整流电容滤波电路如图所示。已知变压器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二次电压u225sint V，f50Hz，RLC （ 35）T/2。 1）估算输出电压）估算输出电压Uo，标出电容器，标出电容器C上的电压极性。上的电压极性。 电容器上电压极性是电容器上电压极性是上端为上端为“正正”、下端为、下端为 “负负”，若选用有

18、极性的电解电容作滤波电容，若选用有极性的电解电容作滤波电容C时，时，“正极正极”应接应接在该电路的在该电路的A点。点。 +Uo RLVD1VD4VD3VD2+u2 +u1 C解：解：1）V2 .21V2/252 . 12 . 12oUUAB 例例6 单相桥式整流电容滤波电路如图所示。已知变压器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二次电压u225sint V，f50Hz，RLC （ 35）T/2。 2）当负载开路时，对）当负载开路时，对Uo有什么影响？有什么影响？+Uo RLVD1VD4VD3VD2+u2 +u1 C解：解：2）当）当RL时，输出电压等于时，输出电压等于u2的峰值

19、，即的峰值，即V2522oUU 例例6 单相桥式整流电容滤波电路如图所示。已知变压器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二次电压u225sint V，f50Hz，RLC （ 35）T/2。 3）当滤波电容开路时，对）当滤波电容开路时，对 Uo有什么影响？有什么影响？+Uo RLVD1VD4VD3VD2+u2 +u1 C 解：解：3）滤波电容）滤波电容C开路时，电路为一开路时，电路为一桥式整流电路桥式整流电路，V9 .15V2/259 . 09 . 02oUU输出电压为输出电压为单向脉动电压单向脉动电压，其平均值，其平均值 4）二极）二极VD1若发生开路或短路，对若发生开路或短路

20、，对Uo有什么影响？有什么影响？+Uo RLVD1VD4VD3VD2+u2 +u1 C 解：解：4）二极管二极管VD1开路开路时，时， 电路为电路为半波整流、电容滤半波整流、电容滤波电路波电路，但只有在交流电压的半个周期内有二极管导通，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，在交流电压的一个周期中，C充、放电时间缩短，充、放电时间缩短，使输出使输出电压平均值减小电压平均值减小。 5）若）若VD1 VD4中有一个二极管正、负极接反，将产中有一个二极管正、负极接反，将产生什么后果？生什么后果？VD1+Uo RLVD4VD3VD2+u2 +u1 C 解：解：4）二极管二极管

21、VD1短路短路后，后， 5）若在若在VD1VD4四个二极管中有一个极性接反，也会四个二极管中有一个极性接反，也会有上述情况发生。有上述情况发生。 在在u2的负半周，的负半周，VD2导通，导通，且经短路的且经短路的VD1直接并接在变压器二次绕组两端，会导致直接并接在变压器二次绕组两端，会导致VD2或变压器烧坏或变压器烧坏。 电阻对于交、直流电流都具有降压作用，但是当它和电电阻对于交、直流电流都具有降压作用，但是当它和电容配合之后，就使容配合之后，就使脉动电压的交流分量较多地降落在电阻脉动电压的交流分量较多地降落在电阻R两两端端(这是因为电容这是因为电容C2的交流阻抗很小的交流阻抗很小)，而较少地

22、降落在负载电，而较少地降落在负载电阻之上，从而起到了滤波作用。阻之上，从而起到了滤波作用。R愈大，愈大， C2愈大，滤波效果愈大，滤波效果愈好。但是愈好。但是R太大，使直流压降增加，因此这种滤波电路太大，使直流压降增加，因此这种滤波电路主要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适用于负载电流较小，且要求输出电压脉动很小的场合。 二、二、RC形滤波电路形滤波电路RRL+u +uo C1 C2 C1 C2R稳压管稳压管稳压电路稳压电路集成集成稳压电路稳压电路 串联型串联型稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路( (小功率设备小功率设备) )以下主要讨以下主要讨论串联稳压论串联稳压电

23、路。电路。电路最简单，电路最简单，但是带负载能但是带负载能力差，输出功力差，输出功率小。一般只率小。一般只提供基准电压，提供基准电压，不作为电源使不作为电源使用。用。效率较高，效率较高，目前广泛使目前广泛使用，这里简用，这里简单介绍。单介绍。HOME一一 稳压管稳压电路稳压管稳压电路图图 稳压管稳压电路稳压管稳压电路 其稳压过程分述如下：其稳压过程分述如下：v当当RL未变动时，若电网未变动时，若电网电压上升，则电压上升，则v当电网未波动时，若当电网未波动时，若RL 减小，则减小，则选择稳压管时，一般可按以选择稳压管时，一般可按以下公式估算下公式估算 UZ=U0 IZmax=(1.53)I0ma

24、x UI=(2 3)U0限流电阻+UIRL+CIOUO+uIRRDZIzUO = UZ IR = IO + IZUI UZ UO 基本不变基本不变 IRR IZ IR RL (IO ) IR UO 基本不变基本不变 IR (IRR) 基本不变基本不变 UO (UZ ) IZ UiTR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R 1.1.结构结构 串联型稳压电路由基准电压、比较放大、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。取样电路和调整元件四部分组成。调整调整元件元件比较比较放大放大基准基准电压电压取样取样电路电路二、串联型稳压电路的组成及工作原理二、串联型

25、稳压电路的组成及工作原理 当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压压UO 升高时，有如下稳压过程：升高时，有如下稳压过程：O2121fURRRRUU ZUU )(fZuoBUUAU UO Uf UB UO IC UCE UITR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R Z211BO)(1URRRUU UiTR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R 同相比例公式三、三、W78系列三端固定式集成稳压电路系列三端固定式集成稳压电路封装封装W78051 3 2UIUOGNDW79051 3 2UIUOGND312二、二、W78系列三端固定式集