第7章 直流电源

第一节整流电路第二节滤波电路第三节稳压电路第四节开关稳压电路第五节可控硅整流电路第七章直流电源直流稳压电源的组成

电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo整流电路滤波电路稳压电路整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。1.0直流稳压电源的组成和功能第一节整流电路

一、单相半波整流电路三、单相桥式整流电路二、整流电路的主要参数四、三相桥式整流电路五、倍压整流电路常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。基本原理：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。整流（rectifier）：是利用二极管的单向导电性，把交流电转换成脉动直流电的过程。

1.1单相半波整流电路的工作原理u2>0时，二极管导通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二极管正向压降：

uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u2<0时，二极管截止,输出电流为0。uo=0uo(4)输出电压平均值（Uo）：(1)输出电压波形：u1u2aTbDRLuoiL(3)二极管上承受的最高电压：(2)二极管上的平均电流：1.2单相半波整流电路的参数ID=I0=0.45U2/RL单相半波整流电路输出电压平均值1.3输出电压脉动系数Ｓ补充：频域及傅里叶变换简述以时间作为参照来观察动态世界的方法我们称其为时域分析。世间万物都在随着时间不停的改变，并且永远不会静止下来。用另一种方法来观察世界的话，会发现变化的世界也可以是不变的，就叫做频域。一段音乐一段频谱傅里叶告诉我们，任何周期函数，都可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的叠加。在第一个例子里我们可以理解为，利用对不同琴键不同力度，不同时间点的敲击，可以组合出任何一首乐曲。贯穿时域与频域的方法之一，就是傅里叶分析。傅里叶分析可分为傅里叶级数（FourierSerie）和傅里叶变换（FourierTransformation）例子：用正弦曲线波叠加出一个带90度角的矩形波第一幅图是一个正弦波cos（wt）第二幅图是2个正弦波的叠加cos（wt）+a.cos（3wt）第三幅图是4个正弦波的叠加第四幅图是10个正弦波的叠加随着正弦波数量逐渐的增长，他们最终会叠加成一个标准的矩形。上图的正弦波累加成矩形波，我们换一个角度来看看：要多少个正弦波叠加起来才能形成一个标准90度角的矩形波呢？答案是无穷多个。一个矩形波，在频域里的另一个模样

S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1m与平均值Uo之比。输出电压脉动系数Ｓ用傅氏级数对单相半波整流的输出uo

分解后可得:输出电压脉动系数:基波峰值平均值基波峰值平均值单相半波整流电路优点：使用元件少。缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。单相桥式整流电路的习惯画法1.3单相桥式整流电路1.3.1单相桥式整流电路的工作原理桥式整流电路+-u2正半周时电流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo桥式整流电路-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2负半周时电流通路工作过程分析：*当u2

＞0(正半周)，D1、D3导通，D2、D4截止。

i1的通路是a

→D1→RL→D3

→b

;i1i2*当u2

＜0(负半周)，D2、D4

导通，D1、D3

截止。

i2

的通路是b

→D2

→RL

→D4

→a

;单相桥式整流电路波形图

输出是脉动的直流电压和电流！1.3.2单相桥式整流电路的主要参数1.整流输出电压平均值（Uo）全波整流时，负载电压Uo的平均值为:负载上的(平均)电流:一、整流输出电压的平均值与脉动系数整流输出电压的平均值Uo和输出电压的脉动系数S是衡量整流电路性能的两个主要指标。2

S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1m与平均值Uo之比。2.脉动系数Ｓ用傅氏级数对全波整流的输出uo

分解后可得:基波峰值平均值1.4三相整流电路及其波形工作原理t1t2t3t4t5t6t7uoo负载电压uouaubuC2

在t1~t2

期间共阴极组中a点电位最高，D1

导通；共阳极组中b点电位最低，D4

导通。在t2~t3

期间共阴极组中a点电位最高，D1

导通；共阳极组中c点电位最低，D6

导通。在t3~t4

期间共阴极组中b点电位最高，D3

导通；共阳极组中c点电位最低，D6

导通。在t4~t5

期间共阴极组中b点电位最高，D3

导通；共阳极组中a点电位最低，D2

导通。1.5参数计算整流电压平均值：

整流电流平均值：流过每管电流平均值：每管承受的最高反向电压：脉动率ε：三相整流后直流电压的脉动程度。2.工作原理1.6倍压整流电路1.电路3.电路特点：适用于高电压、小电流（大负载电阻）的负载。电流通路：a→C1→D1→b新“电源”（UC1+u2）给C2充电构成了二倍压整流电路。2、滤波电路滤波电路的结构特点:

电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。交流电压脉动直流电压整流滤波直流电压原理：利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性，达到平滑输出电压波形的目的。2.1电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。一、滤波原理桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–当U2到达90°时，U2开始下降。电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。

在刚过90°时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90°时二极管仍然导通。在超过90°后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。整流电路内阻上还存在一定的压降电容滤波的计算一般常采用以下近似估算法：输出直流电压：脉动系数：2.2电感滤波电路结构:

在桥式整流电路与负载间串联入电感L就构成了电感滤波电路。电感滤波电路u2u1RLLuo一、滤波原理对直流分量:

XL=0相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量:f

越高，XL越大,电压大部分降在XL上。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。u2u1RLLuo(a)RCπ型滤波电路(b)LCπ型滤波电路二.π型滤波电路C2+RC1++uo-+ui-RL(a)C2+LC1++uo-+ui-RL(b)三、

稳压电路3.0稳压电路的指标稳压电源技术指标质量指标特性指标输入电压、输出电压输出电流、输出电压调节范围稳压系数、输出电阻温度系数、纹波电压3.1稳压管稳压电路

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。引起输出电压变化的原因是：1、交流电网电压波动，这将使整流电压的直流分量随之变化；2、负载电阻的变化导致电流变化，会在整流电源的内阻上产生电压降，使输入电压变化。分析：1）OA段:当0＜U＜UZ

时，IZ很小；2）AB段:当U≥UZ

时，IZ很大，虽△IZ变化范围很大，但稳压管两端的电压△UZ变化很小；体现了稳压特性。结论：1）稳压管的U—I特性为非线性，且反向特性很陡；2）稳压管工作于反向击穿区。稳压管伏安特性稳压管稳压电路组成和工作原理稳压原理：利用稳压管的反向击穿特性。当电路电源电压或负载电流变化时，引起IZ

变化，使R上的电压发生变化来维持输出电压不变。(1)当输入电压变化时Ui

UO

IZ

I

UR

UO

(2)当负载变化时UO

IZ

I

UR

UO

2.工作原理3.2串联型稳压电路(seriesvoltageregulator)1.电路

↑→UF↑→(UZ－UF)↓→UB↓→IC、IE↓3.3集成稳压电源随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，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，输出和公共端，故称之为三端集成稳压器。

三端集成稳压器是将调整管、比较放大电路、基准电源、取样电路及连接导线等制作在一片硅片上，它有三个端子：输入端、输出端和公共端。TO-92TO-3T0-220注：型号后XX两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有:5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。输出额定电流值有如下系列：100、500、1500mA。三端集成稳压器固定式可调式正稳压W78XX负稳压W79XX3.3.1集成稳压电源的分类1：输入端2：公共端3：输出端1：