《電工電子技術》課件-直流穩(wěn)壓電源

直流穩(wěn)壓電源主要內容直流穩(wěn)壓電源的電路組成直流穩(wěn)壓電源的各部分工作原理直流穩(wěn)壓電源

電路中需要穩(wěn)定的直流電壓源供電。圖1直流穩(wěn)壓電源結構圖直流穩(wěn)壓電源小功率穩(wěn)壓電源是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成。圖1直流穩(wěn)壓電源圖1直流穩(wěn)壓電源結構圖直流穩(wěn)壓電源

電源變壓器是將交流電網電壓變?yōu)樗枰燃壍碾妷褐?，由變壓器來降低電網電壓。圖1直流穩(wěn)壓電源結構圖直流穩(wěn)壓電源

通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。由于脈動的直流電壓含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。圖1直流穩(wěn)壓電源結構圖直流穩(wěn)壓電源

采用整流電路輸出端并聯或串聯電感的方法來實現濾波。但是，濾波之后的電壓會隨電網電壓波動、負載和溫度的變化而變化。因而，在整流濾波電路輸出端還需要進行穩(wěn)壓。直流穩(wěn)壓電源

穩(wěn)壓電路的作用：當電網電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。主要內容濾波電路直流穩(wěn)壓電源的整流電路穩(wěn)壓電路單相整流電路工作原理圖1直流穩(wěn)壓電源結構圖整流電路

整流電路是指交流電變換成直流電。完成這一任務主要靠二極管的單向導電特性。因此，二極管是構成整流電路的關鍵元件。單相整流電路半波整流橋式整流單相整流電路單相整流電路圖2

單相半波整流電路

將二極管

D

看作理想元件，分析電路的工作原理：（1）單相半波整流電路

當

u2

為正半周時，a

點電位高于

b

點電位，二極管

VD

處于正向導通狀態(tài)，所以：

當

u2

為負半周時，a

點電位低于

b

點電位，二極管

VD

處于反向截止狀態(tài)，所以：u0

=

u2，iD

=

iO

=

u0

/

RLiD

=

iO

=

0

,

uO

=

iO

*

RL

=

0

,

uD

=

u2單相整流電路圖2

單相半波整流電路做出

uD

、iD

、u0

、iO

的波形。

負載平均電流為

IO

=

0.45

U2

/

RL

單相半波整流電路中二極管的平均電流就是整流輸出的電流，即

ID

=

IO

。

輸出為單向脈動電壓，通常負載上的電壓用一個周期的平均值來說明它的大小，單相半波整流輸出平均電壓為：UO

≈

0.45

U2單相整流電路

圖2

單相半波整流電路

單相整流電路（2）單相橋式整流電路圖3單相橋式整流電路圖a)單相橋式整流電路b)

簡化畫法

在電源電壓

u2

的正半周，即

a

端為高電位，b

端為低電位時，由于二極管單向導電性，VD1

和

VD3

承受正向電壓導通，VD2

和

VD4

承受反向電壓截止。單相整流電路（2）單相橋式整流電路圖3單相橋式整流電路圖a)單相橋式整流電路b)

簡化畫法單相整流電路

在電源電壓

u2

的負半周，即

a

端為低電位，b

端為高電位時，由于二極管單向導電性，VD1

和

VD3

承受反向電壓截止，VD2

和

VD4

承受正向電壓導通。（2）單相橋式整流電路圖3單相橋式整流電路圖a)單相橋式整流電路b)

簡化畫法圖4單相橋式整流電路波形圖

負載電流

i

的波形與負載電壓

u0

的波形相似，都是單方向的全波脈動直流。（2）單相橋式整流電路單相整流電路單相橋式整流電壓的平均值：直流電流：UO

≈

0.92

U2IO

=

0.9

U2

/

RLID

=

?

IO

=

0.45

U2

/

RL

在

u2

正半周時，VD1、VD3

導通，VD2、VD4

截止。此時，VD2、VD4

所承受到的最大反向電壓均為

u2

的最大值，即：

UDRM

=

√2

U2單相整流電路

同理，在

u2

的負半周，VD1、VD3

也承受同樣大小的反向電壓。（2）單相橋式整流電路

在橋式整流電路中，二極管

VD1、VD3

，和

VD2、VD4

，是兩兩輪流導通的。所以，流經每個極管的平均電流為：單相整流電路

橋式整流電路輸出電壓高，紋波電壓較小，二極管所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正負半周內都有電流供給負載，電源變壓器得到充分的利用，效率較高。（1）電容濾波電路濾波電路電容濾波電路是在整流電路的輸出端與負載電阻RL

并聯一個電容C。圖5

半波整流電容濾波電路及其波形濾波電路（1）電容濾波電路

電容濾波是通過電容器的充電、放電過程來濾掉交流分量的。并入電容

C

后，在

u2

>

0

時，VD

導通。圖5

半波整流電容濾波電路及其波形濾波電路（1）電容濾波電路

電源在向

RL

供電的同時，又向

C

充電儲能，由于充電時間常數很小，充電很快，輸出電壓

u0

隨

u2

迅速上升，當

uc=√2

U2

后，

u2

開始下降，u2<uc，

VD

反偏截止，由電容

C

向

RL

放電，放電時間常數由電容

C

和負載電阻

RL

決定，電容較大，放電較慢，輸出電壓

u0

隨

uc

按指數規(guī)律級慢下降。圖5

半波整流電容濾波電路及其波形濾波電路圖5

半波整流電容濾波電路及其波形

放電過程一直持續(xù)到下個

u2

的正半波，當

u2

>

uc

時，電容

C

又被充電，

u2

=

uc

又迅速上升。直到

u2

<uc

，二極管

VD

又反偏截止，C

又放電。圖5

半波整流電容濾波電路及其波形濾波電路

半波整流接電容濾波后，輸出電壓的脈動程度大為減小，直流分量明顯提高。如果

C

值一定，當

R

=

∞

，即空載時，UO

=

√2U2

≈

1.4U2，在波形圖中，由水平細實線標出。當

R

≠

∞

時，由于電容

C

向

RL

放電，輸出電壓

UO

將隨之降低?？傊?，RL

越小，輸出平均電壓越低。因此，電容濾波只適合在小電流且負載變動不大的電子設備中使用。濾波電路

在橋式整流電路和負載電阻間串入一個電感器L。利用電感的儲能作用可以減小輸出電壓的紋波，從而得到比較平滑的直流。圖6橋式整流電感濾波電路（2）電感濾波電路電感濾波電路的優(yōu)點：電感濾波電路的缺點：

整流二極管的導通時間較長，從而避免了過大的沖擊電流。峰值電流很小，輸出特性比較平坦。濾波電路

由于鐵心的存在，笨重、體積大，易引起電磁干擾。電感濾波只適用于低電壓大電流的場合。（3）穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

經過橋式整流電路和電容濾波器濾波得到直流電壓U1

，再經過限流電阻R和穩(wěn)壓管VZ

組成的穩(wěn)壓電路接到負載電阻RL

上。這樣，負載上得到的就是一個比較穩(wěn)定的電壓。濾波電路圖7穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路濾波電路

當交流電源電壓增加而使整流輸出電壓

U1

隨著增加時，負載電壓

UO也要增加。由于穩(wěn)壓管

VZ

與負載

RL

并聯。

UO

也為穩(wěn)壓管兩端的反向電壓。當負載電壓

UO

稍有增加時，穩(wěn)壓管的電流

IZ

就顯著增加。因此，電阻

R

上的壓降增加，以抵償

U1

的增加，從而使負載電壓

UO

保持近似不變。

引起電壓不穩(wěn)定的原因是交流電源電壓的波動和負載電流的變化。濾波電路