第九章第九章直流电源直流电源9.1直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成及各及各部分部分的作用的作用9.2整流电路整流电路9.3滤波电路滤波电路9.4稳压电路稳压电路9.1直流稳压电源的组成及各部分的作用直流稳压电源的组成及各部分的作用图图 9-1直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成AC 220V电源电源变压器变压器整流整流电路电路滤波器滤波器稳压稳压电路电路负负载载图9 1 直流电源的组成方框图(补充)220V50Hz变压器整流滤波稳压1.变压器变压器:将将220V的交流电的交流电压变换为所需压变换为所需要的交流电压要的交流电压值值2.整流电路：利用二极管的单向导整流电路：利用二极管的单向导电性将交流电压整流为单向脉动的电性将交流电压整流为单向脉动的直流电压。有半波整流电路和全波直流电压。有半波整流电路和全波整流电路之分。从波形可见，这种整流电路之分。从波形可见，这种电压含有很大的交流分量。电压含有很大的交流分量。3.滤波电路滤波电路:将整流电路将整流电路输出的单向脉动电压中输出的单向脉动电压中的交流成分滤掉，输出的交流成分滤掉，输出比较平滑的直流电压。比较平滑的直流电压。4.稳压电路稳压电路:利用利用自动调整的原理，自动调整的原理，使得输出直流电压使得输出直流电压稳定。稳定。图9 3 单相半波整流电路 及波形9.2.1 半波整流电路半波整流电路 9.2整流电路整流电路1.电路组成及工作原理 正半周,u2的瞬时极性为上正下负时,二极管D正偏导通,电流从变压器的(u2+)流出,经二极管D和负载电阻RL流入变压器(u2-),此时,u0=ui 负半周,u2的瞬时极性为上负下正时,二极管D反偏截止,无电流流过负载电阻RL.此时,u0=0 从负载电阻RL的波性可知,只有正弦波的半个波性,所以称为半波整流电路 此式说明,在半波整流情况下,负载上所得的直流电压只有变压器次级绕组电压有效值的45%。如果考虑二极管的正向电阻和变压器等效电阻上的压降,则UO数值还要低。在半波整流电路中,二极管的电流等于输出电流,所以2.负载上电压、电流平均值的计算负载上电压、电流平均值的计算 3.脉动系数脉动系数S 4.整流二极管的选择整流二极管的选择 在选选择择整整流流二二极极管管时时应应考考虑虑二二极极管管的的平平均均电电流流I和和它它承承受受的的最大反向电压最大反向电压。1）二极管最大整流平均电流二极管最大整流平均电流IF由由于于半半波波整整流流是是流流过过二二极极管管的的平平均均电电流流与与输输出出平平均均电电流流相相等等，选择选择IFID(AV)，即，即IF0.45Ui/RL。整流电路输出电压的脉动整流电路输出电压的脉动系数定义为输出电压基系数定义为输出电压基波的最大值波的最大值01m与其平均与其平均值值o(AV)之比之比 2)最高反向电压最高反向电压URM 由于二极管承受的最高反向工作电压就是变压器副由于二极管承受的最高反向工作电压就是变压器副边的峰值电压，所以应选择：边的峰值电压，所以应选择：URM 1.4Ui单相半波整流电路使单相半波整流电路使用的元件少，电路简单，但它只利用了输入电压的半个周期，其输出电压低，脉动大，因此它只用在整流电流小、对脉动要求不高的场合且。9.2.2桥式整流电路桥式整流电路1.单相桥式整流电路的组成单相桥式整流电路的组成及工作原理及工作原理图图 9-4图图 9-5 设变压器副边电压瞬时值为ui=2Uisint，其中Ui为交流有效值。(1)正半周时，ui的瞬时极性为a(+)、b(-)，二极管D1、D3正偏导通，D2、D4反偏截止。电流由a点经二极管D1、负载电阻RL和二极管D3流入b点，负载上电压极性上正下负，此时uo=ui，D2和D4承受的反向电压为-ui。(2)负半周时，ui的瞬时极性为a(-)，b(+)，二极管D1、D3反偏截止，D2、D4正偏导通，电流由b点经二极管D2、负载电阻RL和二极管D4流入a点，负载上电压极性下正上负，此时uo=-ui，D1和D3承受的反向电压为ui。这样，在整个周期内，两对二极管交替导通，使得在半波整流中被削掉的半个周期波形得以恢复，负载电阻RL上总有电流通过，而且方向不变。电路各部分的电压和电流波形如图9-5所示。2.负载上电压、电流值及脉动系数计算负载上电压、电流值及脉动系数计算输出直流电压：输出直流电压：IO(AV)=UO(AV)/RL=0.9U2/RL脉动系数：脉动系数：3.整流二极管的选择整流二极管的选择（1）因二极管只在半个周周期内导通，每只二极）因二极管只在半个周周期内导通，每只二极管的平均电流为：管的平均电流为：(2)二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压与半波整流时的相同选择二极管时，二与半波整流时的相同选择二极管时，二极管的参数应略大与上述参数，这样才极管的参数应略大与上述参数，这样才能保证二极管安全工作能保证二极管安全工作 。9.3滤波电路滤波电路9.3电容滤波电路电容滤波电路 图图9-6滤波电容大，效果好。滤波电容大，效果好。输出直流电压为：输出直流电压为：1.滤波工作原理滤波工作原理 空载时RL,设电容C两端的初始电压uC为零。接入交流电源后,当u2为正半周时,VD1、VD2导通,则u2通过VD1、VD2对电容充电;当u2为负半周时,VD3、VD4导通,u2通过VD3、VD4对电容充电。由于充电回路等效电阻很小,所以充电很快,电容C迅速被充到交流电压u2的最大值 。此时二极管的正向电压始终小于或等于零,故二极管均截止,电容不可能放电,故输出电压UO恒为 ,其波形如图9-7(a)所示。图 9 7 电容滤波波形 估算滤波电路输出电压波形近似为锯齿波，由于很难用解析式来描述，工程上往往用近似估算的方法求得输出电压平均值。电容滤波的输出电压取决于电容的放电时间常数，放电时间常数越大，输出电压脉动越小，输出电压平均值越高。按经验公式计算，放电时间常数 =RLC(35)T/2 式中，T为电源交流电压周期，则输出电压平均值为 Uo(AV)=(1.11.4)Ui 估算输出电压平均值时，应根据放电时间来取值，较小时取下限，较大时取上限，一般情况下按下式估算 Uo(AV)=1.2Ui2.输出电压平均值输出电压平均值U 0（AV）估算估算 3.电容滤波电路的外特性滤波电路的外特性是指输出电压Uo(AV)随输出电流Io(AV)的变化规律，如图9-8所示。当负载电流为零时，输出电压Uo(AV)等于电源电压ui的峰值；当电容一定时，输出电压随电流增大而减小；当输出电流一定时，输出电压随电容C的减小而减小；当电容C为零时，输出电压等于0.9Ui，它等于纯电阻负载时整流电路输出电压的平均值。图9 8 电容滤波电路的外特性 总结：一般应选二极管 实际工作中按下式选择滤波电容的容量(10-19)电容滤波整流电路,其输出电压UO在 之间。当满足式(10 19)时,可按下式进行估算9.3.2其他滤波电路其他滤波电路1.电感滤波电路电感滤波电路适用于负载电流比较适用于负载电流比较大的场合。大的场合。2.LC 滤波电路滤波电路输出直流电压为：输出直流电压为：适用于各种场合。适用于各种场合。图图 9-9图图 9-103.型型滤波电路滤波电路输出直流电压为：输出直流电压为：RC2越大，滤波效果越好，但越大，滤波效果越好，但R不能太大，否不能太大，否则会造成能量的浪费。则会造成能量的浪费。此电路适用于负载电流较小的场合。此电路适用于负载电流较小的场合。图图 9-114LC-型滤波电路型滤波电路图图 9-12各种滤波电路的性能比较各种滤波电路的性能比较序号序号 性能性能类型类型U O（AV）/U2适用场合适用场合整流管的整流管的冲击电流冲击电流外外特性特性1电容滤波电容滤波 1.2小小电流电流大大软软2RC-型滤波型滤波 1.2小小电流电流大大更软更软3LC-型滤波型滤波 1.2小小电流电流大大软软4电感滤波电感滤波0.9大大电流电流小小硬硬5LC 滤波滤波0.9适应性较强适应性较强小小硬硬9.4稳压电路稳压电路整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：负载变化；负载变化；电网电压波动。电网电压波动。9.4.1 稳压电路的功能稳压电路的功能当电网电压波动（当电网电压波动（10%）时，输出电压平均值将随之产生相应的波动另一）时，输出电压平均值将随之产生相应的波动另一方面，由于整流滤波电路都有一定的内阻，负载的变化必然使内阻上的电压方面，由于整流滤波电路都有一定的内阻，负载的变化必然使内阻上的电压产生变化，也会导致输出电压平均值随之相应变化。电源电压的不稳定会导产生变化，也会导致输出电压平均值随之相应变化。电源电压的不稳定会导致测量和计算误差，引起电子电路及设备工作不稳定，甚至无法正常工作。致测量和计算误差，引起电子电路及设备工作不稳定，甚至无法正常工作。为了保证输出的直流电压维持稳定，使其几乎不随电网电压和负载电阻的变为了保证输出的直流电压维持稳定，使其几乎不随电网电压和负载电阻的变化而变化，就要在整流滤波电路后增加稳压电路。化而变化，就要在整流滤波电路后增加稳压电路。9.4.2稳压电路的主要指标稳压电路的主要指标1.稳压系数稳压系数 2.输出电阻输出电阻衡量稳压电路受衡量稳压电路受负载电阻影响程负载电阻影响程度度反映电网波动对输反映电网波动对输出电压的影响出电压的影响3.纹波电压叠加在输出直流电压上的交流分量称为纹波电压常用有效值或峰值来表示,一般为毫伏级.4.输出电压的温度系数输出电压的温度系数输出电压的温度系数反映温度对输出电压稳定性的影响，定义为当输入电压和负载电流不变时，输出电压的相对变化量与温度变化量之比，即ST=Uo/UoT100%|Io=0，Ui=09.4.3并联型稳压电路并联型稳压电路在第在第3章中介绍了稳压二极管，由稳压管的伏安特性可知，当反向电压大章中介绍了稳压二极管，由稳压管的伏安特性可知，当反向电压大于击穿电压时，流过稳压管的电流可以有很大的变化，而两端的电压近似于击穿电压时，流过稳压管的电流可以有很大的变化，而两端的电压近似不变，所以稳压二极管是利用其反向击穿特性来稳压的不变，所以稳压二极管是利用其反向击穿特性来稳压的1.电路稳压原理：电路稳压原理：2.UI 不变，不变，RL 减小减小RLILURUOIZIR=IL+IZ基本不变基本不变1.RL 不变，不变，UI 升高升高UIUOIZURUO=UI-UR基本不变基本不变UOUO图图 9-132.电路参数及元器件的选择电路参数及元器件的选择 在设计一个稳压管稳压电路时，要合理地选择电路元件及有关参数，才能在设计一个稳压管稳压电路时，要合理地选择电路元件及有关参数，才能使设计出的电路满足使用要求。在选择时，应首先知道负载所要求的输出电使设计出的电路满足使用要求。在选择时，应首先知道负载所要求的输出电压、负载电阻的取值范围以及输入电压的波动范围压、负载电阻的取值范围以及输入电压的波动范围.1)输入电压的确定输入电压的确定2)由电路可知，输入电压满足由电路可知，输入电压满足 Ui=Uo+IRR3)在选择输入电压在选择输入电压Ui的数值时应使的数值时应使UiUo，还要保证限流电还要保证限流电阻阻R上有一定的电压调节余量，以便有较好的稳压效果。根据上有一定的电压调节余量，以便有较好的稳压效果。根据经验，一般可取经验，一般可取 Ui=(23)Uo4)当当输入电压确定以后输入电压确定以后,即可以此选择整流滤波电路的元器件参即可以此选择整流滤波电路的元器件参数数.当当 rZ RL，rZ Iomax-Iomin当输入电压增大时，电阻R上的压降与输入电压增量基本相等，由此引起的电流增量基本全部流过稳压管，空载时流过电阻R的电流等于流过稳压管的电流，于是稳压管最大稳定电流：IZMIomax+IZ通常选择：IZM(23)Iomax3.限流电阻的选择限流电阻的选择当当输输入入直直流流电电压压最最低低而而负负载载电电流流最最大大时时，流流过过稳稳压压管管的的电电流流最最小小，其其值应大于稳压管最小稳定电流，