單相整流濾波電路

關(guān)于單相整流濾波電路引言幾乎所有的電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源，通常都是由交流電網(wǎng)供電，因此需要把交流電變成穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源就是把交流電經(jīng)過整流變成脈動的直流電，然后通過濾波穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電的儀器。它由整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路3部分組成。第2頁,共51頁，2024年2月25日，星期天整流電路

整流電路的目的是利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟瑢⒄?fù)交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動電壓。這種單方向的脈動電壓有很大的脈動成分。濾波電路

濾波電路的功能是將整流后的單向脈動電壓中的脈動成分盡可能地濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。它由電容、電感等儲能元件組成。第3頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電路的功能是采取一些措施，當(dāng)市電電壓或負(fù)載電流變化時，使輸出的直流電壓保持穩(wěn)定。第4頁,共51頁，2024年2月25日，星期天濾波整流穩(wěn)壓變壓交流電源負(fù)載OtuOtuOtuOtuOtu220V單向脈動電壓合適的交流電壓平滑直流電壓穩(wěn)定直流電壓組成框圖第5頁,共51頁，2024年2月25日，星期天1.單相整流濾波電路

整流電路的作用是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動電壓。整流電路中基本上都包含了電源變壓器，一方面是“變壓”（大多情況下是進(jìn)行“降壓”，即將220V降為較低的交流電壓）；另一方面是“隔離”，把電子設(shè)備與電網(wǎng)隔開。在小功率直流電源中，經(jīng)常采用單相半波和單相橋式整流電路。第6頁,共51頁，2024年2月25日，星期天1.1單相整流電路一、半波整流電路ＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–帶有純阻負(fù)載的單相半波整流電路如圖所示，這是一種最簡單的整流電路。它由變壓器Tr、整流二極管V及負(fù)載RL三部分組成。變壓器Tr將220V交流電壓變換為整流電路所要求的交流低壓；二極管V具有正向?qū)?、反向截止的開關(guān)作用，所以將交流電變成了脈動的直流電，稱為整流二極管；負(fù)載RL將電能轉(zhuǎn)換成其他能量。第7頁,共51頁，2024年2月25日，星期天ＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–u2>0時:設(shè)二極管導(dǎo)通，忽略二極管正向壓降，

uo=u2u2<0時:二極管截止,uo=0為分析簡單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。第8頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

to

2

3

u2

to

2

3

uO

to

2

3

iD=iO

to

2

3

uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–輸出平均電壓Uo指輸出電壓uo在一個周期中的平均值輸出電流平均值Io輸出電流等于流過二極管的電流，兩者的平均值也相等二極管承受的最高反向峰值電壓URMu2負(fù)半周時二極管截止，uD=u2第9頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

由圖可知，利用二極管的單向?qū)ㄟ@一特性，使變壓器副邊的交流電壓轉(zhuǎn)換成為負(fù)載兩端的單向脈動電壓，從而達(dá)到整流的目的。由于這種電路只在交流電壓的半個周期內(nèi)才有電流流過負(fù)載，因此稱為單相半波整流電路。半波整流電路雖然電路結(jié)構(gòu)簡單，但效率低，輸出脈動大，因此很少單獨用作直流電源。第10頁,共51頁，2024年2月25日，星期天二、橋式整流電路單相橋式整流電路如所示。圖中，4個整流二極管V1～V4接成電橋的形式，其中一個對角線接變壓器的次級，另一個對角線接負(fù)載電阻RL，但二者不能互換。u1u2TV3V2V1V4RLuou2uo簡化畫法第11頁,共51頁，2024年2月25日，星期天+–u1u2TV3V2V1V4RLuou2正半周時電流通路D1

、D4導(dǎo)通，D2、D3截止.電流通路:a

v1

RL

v4bab第12頁,共51頁，2024年2月25日，星期天-+u0u1u2TD3D2D1D4RLu2負(fù)半周時電流通路D2、D3

導(dǎo)通，D1

、D4截止電流通路:b

v2

RL

v4aab第13頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

橋式整流電路各參數(shù)計算如下

to

2

3

to

2

3

u2

to

2

3

uO

to

2

3

iD=iOuD波形圖輸出平均電壓Uo。由uo波形可知，橋式整流是半波整流的2倍，即(2)流過二極管的平均電流ID。由于V1

、V3和V2、V4輪流導(dǎo)通，因此流過每個二極管的平均電流只有負(fù)載電流的一半，即(3)二極管承受的最高反向峰值電壓URM。當(dāng)u2上正下負(fù)時，V1

、V3導(dǎo)通，V2、V4截止，V2

、V4相當(dāng)于并聯(lián)后跨接在u2上，因此反向最高峰值為第14頁,共51頁，2024年2月25日，星期天把四只二極管封裝在一起稱為整流橋~~第15頁,共51頁，2024年2月25日，星期天橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高，電壓紋波小，管子所承受的平均電流較小，同時由于電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器的利用率高。因此，此電路在整流電路中有了較為廣泛的運用。缺點是二極管用得較多。第16頁,共51頁，2024年2月25日，星期天三、全波整流電路v1v2voD1Trv2D2電路圖：如圖所示，二極管D1、D2分別在V2的正、負(fù)半周導(dǎo)通，在RL上得到如圖所示電壓波形。v2vo00tt234第17頁,共51頁，2024年2月25日，星期天在U2正半周：D1導(dǎo)通、D2管截止，負(fù)載中有電流流過；在U2負(fù)半周：D1截止、D2管導(dǎo)通，負(fù)載中有電流流過。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234工作原理：第18頁,共51頁，2024年2月25日，星期天參數(shù)計算：（1）輸出的直流電壓值為:（2）流過負(fù)載平均電流:IDO=UO/RL=0.9U2/RL（3）流過整流二極管的平均電流:IF=IDO/2=0.45U2/RL（4）整流二極管的最大反向電壓:UDR=2SQR(2)U2第19頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（1）D管的最大整流電流IF必須大于實際流過二極管的平均電流IDO

，即

IF>IDO=ULO/RL=0.45U2/RL（2）D管的最大反向工作電壓UR必須大于二極管實際所承受的最大反向峰值電壓URM，即UR>URM=2SQR(2)U2二極管的選擇：第20頁,共51頁，2024年2月25日，星期天輸出電壓波動小，變壓需中心抽頭，繞制復(fù)雜，成本高，笨重。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234電路特點：第21頁,共51頁，2024年2月25日，星期天1.2濾波電路

從前面的分析可知，無論何種整流電路，它們的輸出電壓都含有較大的脈動成分。為了減少脈動，就需要采取一定的措施，即濾波。濾波的作用是一方面盡量降低輸出電壓中的脈動成分，另一方面又要盡量保留其中的直流成分，使輸出電壓接近于理想的直流電壓。第22頁,共51頁，2024年2月25日，星期天一、電容濾波1.電路和工作原理在整流電路中，把一個大電容C并接在負(fù)載電阻兩端就構(gòu)成了電容濾波電路，其電路和工作波形如圖所示。電容充電電容放電RLV1V4V3V2ioC~

+

uo=uc

+u

V導(dǎo)通時給C充電

V截止時C向RL放電濾波后uo的波形變得平緩,平均值提高。第23頁,共51頁，2024年2月25日，星期天RL接入（且RLC較大）時(忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot無濾波電容時的波形加入濾波電容時的波形u2上升,u2大于電容上的電壓uc,u2對電容充電，uo=uc

u2,,u2下降，u2小于電容上的電壓。二極管承受反向電壓而截止。電容C通過RL放電，uc按指數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù)

=RL

C第24頁,共51頁，2024年2月25日，星期天u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uc時，才有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。二極管中的電流第25頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

經(jīng)上述分析可知，由于在二極管截止期間電容Ｃ向負(fù)載電阻緩慢放電，使得輸出電壓的脈動減小，結(jié)果平滑了許多。輸出電壓平均值也得到了提高。顯然RLC的值越大，濾波效果越好，當(dāng)負(fù)載開路時（RL=∞）,為了取得良好的濾波效果，一般取式中，T為交流電源的周期。此時的輸出電壓平均值為Uo≈1.2U2第26頁,共51頁，2024年2月25日，星期天例1.1

單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率f=50Hz,負(fù)載電阻RL=40,要求直流輸出電壓UO=20V,選擇整流二極管及濾波電容。解:選變壓器選二極管應(yīng)滿足:IF

(2

3)

ID可選:

2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或1

A、100

V整流橋電流平均值:承受最高反壓：2.選濾波電容可選：

1000F,耐壓50V的電解電容第27頁,共51頁，2024年2月25日，星期天二、其他形式濾波1.電感濾波RLL~+u2

整流后的輸出電壓：直流分量被電感L短路交流分量主要降在L上電感越大，濾波效果越好2.

型濾波L

C1RL~+u2

C2C1、C2對交流容抗小L對交流感抗很大負(fù)載電流小時L第28頁,共51頁，2024年2月25日，星期天8+Uo

+UI

RLV1+UCE

2線性集成穩(wěn)壓器并聯(lián)型穩(wěn)壓電路—調(diào)整管與負(fù)載并聯(lián)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路—調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)2.1串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理+UI

取樣電路調(diào)整管比較放大電路基準(zhǔn)電壓UZUF

一、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓的實質(zhì)：UCE的自動調(diào)節(jié)使輸出電壓恒定第29頁,共51頁，2024年2月25日，星期天二、輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍8+Uo

+UI

R’2RLR’1R1UFUZR2RP第30頁,共51頁，2024年2月25日，星期天2.2三端固定集成穩(wěn)壓器CW7800系列(正電源)CW7900系列(負(fù)電源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V一、78、79系列的型號命名輸出電流78L××/79L××—輸出電流100mA78M××/9M××—輸出電流500mA78××/79××—輸出電流1.5A輸出電壓例如:CW7805輸出5V，最大電流1.5ACW78M05輸出5V，最大電流0.5ACW78L05輸出5V，最大電流0.1A第31頁,共51頁，2024年2月25日，星期天封裝CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND符號CW7800++213CW790013_2_塑料封裝金屬封裝312第32頁,共51頁，2024年2月25日，星期天二、CW7800的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)+UI

取樣電路調(diào)整電路保護(hù)電路基準(zhǔn)電壓比較放大啟動電路+UO

基本應(yīng)用電路Uo=12VW7812123C2++UiC1C30.33

F0.1

F100

FRL防止輸入端短路時C3反向放電損壞穩(wěn)壓器抵消輸入長接線的電感效應(yīng)，防止自激改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng),消除高頻噪聲第33頁,共51頁，2024年2月25日，星期天提高輸出電壓電路W78

132

Ci

C2+UO

+UI

+U

R1R2IQI1I2靜態(tài)電流5

8mA要求輸出電壓UO>U

第34頁,共51頁，2024年2月25日，星期天輸出電壓可調(diào)穩(wěn)壓電路W78

C1

C2+UI

+U

+UO

R1R2R3R48(虛短)可產(chǎn)生小于U

的輸出電壓UO第35頁,共51頁，2024年2月25日，星期天輸出正、負(fù)電壓的電路~24V~24V~220VW7815W79151323211000

F220

F0.33F0.33F0.1F+15V

15V++++1000

F0.1F220

F恒流源電路12+UI=10V

W78053+UO

RRLIQIO0.1F0.33F10

第36頁,共51頁，2024年2月25日，星期天2.3三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器一、典型產(chǎn)品型號命名CW117/217/317系列（正電源）CW137/237/337系列（負(fù)電源）工作溫度CW117(137)—

-55150CCW217(237)—

-25150CCW317(337)—

0

125C基準(zhǔn)電壓1.25V輸出電流L型—輸出電流100mAM型—輸出電流500mA第37頁,共51頁，2024年2月25日，星期天二、CW117內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本應(yīng)用電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整電路基準(zhǔn)電路誤差放大啟動電路偏置電路保護(hù)電路IREFUIUOADJ123外形引腳CW117123UIUOADJCW137123UIUOADJ

50

A

第38頁,共51頁，2024年2月25日，星期天基本應(yīng)用電路Uo

CW317123C2++UiC1C30.1

F10

F33

FR1R2C4IOIQIIREF0.1

FV1V2V1防止輸入端短路時C4反向放電損壞穩(wěn)壓器V2防止輸出端短路時C2通過調(diào)整端放電損壞穩(wěn)壓器UREF=1.25V使UREF很穩(wěn)定R1=

UREF/

IQ=125

靜態(tài)電流IQ(約10mA)從輸出端流出,RL開路時流過R1R2=

02.2k

時，120IREF

50

A2.2kUO=

1.2524V第39頁,共51頁，2024年2月25日，星期天0

30V連續(xù)可調(diào)電路Uo

CW317123++UiC10.33

F10

FR1R2C31

FVC2R3+3k120680+32

V–10

VA當(dāng)R2=0時，UO=0VUA=–1.25V第40頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3開關(guān)集成穩(wěn)壓電源線性穩(wěn)壓電路的缺點:調(diào)整管管耗大電源效率低(40%

60%)改進(jìn)思路:使調(diào)整管截止(電流小)飽和(管壓降小)開關(guān)穩(wěn)壓電路的優(yōu)點:效率高（80%

90%）體積小、重量輕穩(wěn)壓范圍寬開關(guān)穩(wěn)壓電路的缺點:電路復(fù)雜對電網(wǎng)要求不高對電子設(shè)備干擾較大輸出電壓含較大紋波第41頁,共51頁，2024年2月25日，星期天一、串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路3.1開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理調(diào)整管取樣電路開關(guān)調(diào)整管控制組成框圖濾波+UI

+Uo

RLV18A8C基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO頻率固定的三角波誤差放大續(xù)流第42頁,共51頁，2024年2月25日，星期天工作波形+UI

V1LuEIO+Uo

RL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL=DUI—占空比OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脈寬調(diào)制式（PWM）第43頁,共51頁，2024年2月25日，星期天+UI

+Uo

RLV18A8C基準(zhǔn)電壓三角波發(fā)生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO穩(wěn)壓原理UIUOuFuA占空比

UOD=50%當(dāng)uF=UREF,uA=0,UO為預(yù)定標(biāo)稱值第44頁,共51頁，2024年2月25日，星期天二、并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路+UI

+Uo

RLV1R1R2LC+UREFuFuBV2控制電路+UI

+Uo

RLV1LC+uBV2+UI

+Uo

RLV1LC+uBV2iL高電平iO低電平iLuBtofftonT第45頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3.2集成開關(guān)穩(wěn)壓器及其應(yīng)用類型單片脈寬調(diào)制式(外接開關(guān)功率管)單片集成開關(guān)穩(wěn)壓器CW1524CW4960/4962一、CW1524/2524/3524（區(qū)別在于溫度范圍））組成：基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、脈寬調(diào)制器、振蕩器、觸發(fā)器、輸出功率管(2)、過熱保護(hù)最大輸入電壓：40V最高工作頻率：100kHz每路輸出電流：100mA內(nèi)部基準(zhǔn)電壓：5V(承受50mA電流)第46頁,共51頁，2024年2月25日，星期天取樣電壓基準(zhǔn)電壓輸出方波定時電容定時電阻關(guān)閉,控制脈寬接擴(kuò)流晶體管C、E極輸入電壓振蕩/同步12345678161514131211109–IN+INUINUREF(+5V)EBCBCAEARTCTGND–限流