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文档简介
第10章直流电源10.1直流电源的组成及各部分的作用10.2整流电路10.3滤波电路10.4稳压管稳压电路10.5串联型稳压电路10.6开关型稳压电路10.7Multisim10.1直流电源的组成及各部分的作用
直流电源是能量转换电路,将220V(或380V)50Hz的交流电转换为直流电。稳压电路滤波电路整流电路电源变压器220V半波整流全波整流
变压器:改变电压值,通常是降压。
整流电路:将交流变为单向脉动的直流。
滤波电路:减小脉动。
稳压电路:使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响。
在分析电源电路时要特别考虑的两个问题:允许电网电压波动±10%,且负载有一定的变化范围。10.2整流电路
整流二极管为理想二极管:导通时正向压降为零,截止时反向电流为零;
变压器无损耗,内部压降为零。
对整流电路要研究清楚以下问题:
1、电路的工作原理:二极管工作状态、波形分析。
2、输出电压和输出电流的平均值:输出为脉动的直流电压。
3、整流二极管的选择:二极管承受的最大整流平均电流和最高反向工作电压。10.2.1整流电路的分析方法及基本参数
一、工作原理
220V50HzRLD+-+-
1、u2为正半周时,
二极管D导通,
uo=u2
2、u2为负半周时,
D截止,承受反向电压为u2,
uo=0tu2OtuoOtOU2muD
二、主要参数
1、输出电压平均值UO(AV)
2、输出电流平均值IO(AV)
3、脉动系数S
整流输出电压的脉动系数S:定义为整流输出电压的基波峰值UO1M与输出电压平均值UO(AV)之比,
三、二极管的选择
考虑电网电压的波动,应选择二极管的参数为
【例10.2.1】在半波整流电路中,已知电网电压波动范围是±10%,变压器副边电压有效值U2=30V,负载电阻RL=100Ω,试问:
(1)RL上的UO(AV)和IO(AV)各为多少?
(2)二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流平均值各为多少?
(3)若不小心将输出端短路,则会出现什么现象?
解:(1)
(2)二极管承受的最大反向电压
二极管流过的最大平均电流
(3)若不小心将输出端短路,则变压器副边电压全部加在二极管上,二极管会因正向电流过大而烧坏;
若二极管烧成为短路,则会使变压器副边线圈短路,副边电流将很大,如不及时断电,会造成变压器永久性损坏。10.2.2单相桥式整流电路
一、电路的组成
220V50HzRL+-+-D1D3D2D4
220V50HzRLD4D2D1D3
220V50HzRLD1~D4
二、工作原理
1、u2为正半周时,
220V50HzRLD4D2D1D3
D1、D3正偏导通,D2、D4反偏截止。uo=u2
2、u2为负半周时,
220V50HzRLD4D2D1D3
D1、D3反偏截止,D2、D4正偏导通。uo=-u2u2uD4,uD2uD3,uD1uo
三、输出电压平均值UO(AV)和输出电流平均值IO(AV)
四、二极管的选择
考虑电网电压的波动,应选择二极管的参数为
220V50HzD1D3D2D4
RL1RL2+-+-
在负载RL1两端得到正电压uo1;
在负载RL2两端得到负电压uo2.
【例10.2.2】在桥式整流电路中,已知变压器副边电压有效值U2=30V,负载电阻RL=100Ω,试问:
(1)RL上的UO(AV)和IO(AV)各为多少?
(2)当电网电压波动范围为±10%,二极管的最大平均电流IF与最高反向工作电压URM至少应选取多少?
(3)若二极管D1开路或短路,则分别产生什么现象?
解:(1)
(2)二极管承受的最大反向电压
二极管流过的最大平均电流
(3)若D1开路,则电路仅能实现半波整流,因而输出电压平均值仅为原来的一半;
若D1短路,则在u2的负半周将变压器副边电压全部加在D2上,D2将因电流过大而烧坏,且若D2烧成为短路,则有可能烧坏变压器。10.3滤波电路10.3.1电容滤波电路
220V50HzRLD4D2D1D3C
一、滤波原理
当变压器副边电压u2处于正半周并且数值大于电容两端电压uC时,二极管D1、D3导通,电流一路流经负载电阻RL,
另一路对电容C充电。ωtuOOπ2π3π
当u2下降到一定的数值后,uC的下降速度小于u2的下降速度,使uC大于u2从而导致D1、D3截止,电容C继续通过RL放电。
变压器和二极管是有内阻的,整流电路内阻上是有压降的。ωtuOOπ2π3π
由于整流电路的内阻很小,电容充电时间常数很小,充电进行很快
电容放电时间常数为RLC,通常远大于充电时间常数。
因此,滤波效果取决于放电时间。ωtuOOπ2π3πRLC大RLC大
二、输出电压平均值滤波电路输出电压波形难于用解析式来描述。滤波电路输出电压波形难于用解析式来描述。滤波电路输出电压波形难于用解析式来描述。ωtuOO斜率等于RLC放电的起始斜率
当负载开路时,
当RLC=(3~5)T/2时,
电容的耐压值应大于
三、脉动系数
在近似波形(锯齿波)中,交流分量的基波的峰—峰值为
基波的峰值为
四、整流二极管的导通角θ
在未加滤波电容之前,整流二极管的导通时间为半个周期,即二极管的导通角θ为π。
加滤波电容后,只有当电容充电时整流二极管才导通,即整流二极管的导通时间小于半个周期。
即每只二极管的导通角θ都小于π。ωtuOOπ2πωtiOπ2πiOiD
并且RLC越大,滤波效果越好,导通时间越短,导通角θ越小。
二极管在短暂的时间内将流过一个很大的冲击电流为电容充电。二极管的寿命将受影响
在选择整流二极管时,最大整流平均电流IF通常要大于负载电流的2~3倍。
五、电容滤波电路的输出特性和滤波特性
当滤波电容C选定后,UO(AV)和IO(AV)的关系称为输出特性。IO(AV)OUO(AV)C减小
当滤波电容C选定后,S和IO(AV)的关系称为波波特性。IO(AV)OSC减小
电容滤波电路适用于负载电流较小且变化范围不大的场合。
【例10.3.1】在图(a)所示电路(桥式整流、电容滤波)中,
若电网电压的波动范围为10%,UO(AV)≈1.2U2。
要求UO(AV)=15V,IL(AV)=100mA。
试选择合适的滤波电容。
解:由于UO(AV)≈1.2U2,
C的取值满足RLC=(3~5)T/2的条件。
电容的耐压值为
可选取容量为330μF、耐压为25V的电容作本电路的滤波电容。
讨论一:
在桥式整流、电容滤波电路中,
已知变压器副边电压有效值为10V,电容量足够大,判断下列情况下输出电压平均值UO(AV)≈?
1、正常工作;
2、C开路;
3、RL开路;
4、D1和C同时开路。12V9V14.1V4.5V
讨论二:
整流电路如图所示,
220V50HzD1D2u22
RLu21uO变压器次级具有中心抽头的全波整流电路
求解变压器副边电压有效值U21=U22=20V时输出电压的波形和平均值、整流二极管的最大整流电流和最高反向工作电压。10.3.2倍压整流电路
利用滤波电容的存储作用,由多个电容和二极管可以获得几倍于变压器副边电压的输出电压,称为倍压整流电路。
1、二倍压整流电路
220V50HzD1D2C1C2uO+-u2
当u2
为正半周时,+-D1导通、D2截止,C1充电。
当u2
为负半周时,+-D2导通、D1截止,C2充电。
2、多倍压整流电路
220V50HzD1D6C1+-u2C3C5C2C4C6
在空载情况下,C1上的电压为
C2~C6上的电压均为
以C1和C3上的电压相加作为输出,输出电压值为
依次类推,从不同位置输出,其输出电压值为10.3.3其它形式的滤波电路
一、电感滤波电路
220V50HzRLD1~D4
电感上感生电动势的方向总是阻止电流的变化。
每当整流二极管的电流变小而趋于截止时,感生电动势将延长这种变化,即增大二极管的导通角。uDL
二极管上的冲击电流减小。线圈的直流电阻若R很小
RL越小、L越大,滤波效果越好。
电感滤波电路适用于大电流负载的场合。
二、复式滤波电路RL
LC§5-3电容电压的连续性质和记忆性质
若uc(0-)
≠0,即t=0+时电容相当于电压源。7.1.1概述
一、电路的组成§5-3电容电压的连续性质和记忆性质
若uc(0-)
≠0,即t=0+时电容相当于电压源。7.1.1概述
一、电路的组成§5-3电容电压的连续性质和记忆性质
若uc(0-)
≠0,即t=0+时电容相当于电压源。7.1.1概述
一、电路的组成§5-3电容电压的连续性质和记忆性质
若uc(0-)
≠0,即t=0+时电容相当于电压源。7.1.1概述
一、电路的组成§5-3
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