直流电源的组成及各部分的作用

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

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≠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

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一、电路的组成§5-3电容电压的连续性质和记忆性质

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一、电路的组成§5-3