直流稳压电源的设计与制作20150518讲义.ppt

直流稳压电源的设计与制作 2.直流电源演示 演示电路如图7.2所示,在图7.2(a)电路中,变压器的初级接220V交流电源,用示波器观察ab间的波形如图7.3(a)所示,观察1~0间的波形如图7.3(b)所示，合上开关S,再用示波器观察1~0间的波形如图7.3(c)所示,如果加上稳压部分,如图7.2(b)所示,用示波器观察2~0间的波形如图7.3(d)所示。通过各点波形的测量，我们看到稳压电源是将交流电逐步改变成一个平滑的直流电。那么，直流电源各部分电路是如何工作的呢？下面将分析其工作原理。 1整流及滤波电路 2 直流稳压电路 一、 整流及滤波电路 1.1 电路组成及工作原理 图7.4是单相半波整流电路，它由整流变压器T、整流二极管V及负载RL组成。 单相半波整流电路及电压、电流的波形如图7.5所示,即 1.2 整流电路的主要技术指标 1. 输出电压平均值 在图7.5所示波形电路中，负载上得到的整流电压是单方向的，但其大小是变化的，是一个单向脉动的电压，由此可求出其平均电压值为 3. 二极管承受的最高反向电压URM 在二极管不导通期间，承受反压的最大值就是变压器次级电压u2的最大值，即 4.脉动系数S 脉动系数S是衡量整流电路输出电压平滑程度的指标。由于负载上得到的电压Uo是一个非正弦周期信号，可用付氏级数展开为 1.3 单相桥式整流电路 为了克服半波整流电路电源利用率低，整流电压脉动程度大的缺点，常采用全波整流电路，最常用形式是桥式整流电路。它由四个二极管接成电桥形式， 如右图所示。 1. 电路组成及工作原理 在图7.6（a）所示电路中，当变压器次级电压u2为上正下负时，二极管V1和V3导通，V2和V4截止，电流i1的通路为a→V1→RL→V3→b，这时负载电阻RL上得到一个正弦半波电压如图7.7中（0~π）段所示。当变压器次级电压u2为上负下正时，二极管V1和V3反向截止，V2和V4导通，电流i2的通路为b→V2→RL→V4→a，同样，在负载电阻上得到一个正弦半波电压，如图7.7中（π~2π）段所示。 2.技术指标计算及分析 （1）输出电压平均值Uo。由以上分析可知，桥式整流电路的整流电压平均值Uo比半波整流时增加一倍，即 （3）二极管的平均电流iV。因为每两个二极管串联轮换导通半个周期，因此，每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半，即 (5)脉动系数S。全波桥式整流输出电压uo的付氏级数展开式为 由以上分析可知，单相桥式整流电路，在变压器次级电压相同的情况下，输出电压平均值高、脉动系数小，管子承受的反向电压和半波整流电路一样。虽然二极管用了四只，但小功率二极管体积小，价格低廉，因此全波桥式整流电路得到了广泛的应用。 1.4 滤波电路 整流输出的电压是一个单方向脉动电压，虽然是直流，但脉动较大，在有些设备中不能适应（如电镀和蓄电池充电等设备）。为了改善电压的脉动程度，需在整流后再加入滤波电路。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。 1.电容滤波电路 图7.8所示为一单相半波整流电容滤波电路，由于电容两端电压不能突变，因而负载两端的电压也不会突变，使输出电压得以平滑，达到滤波目的。;滤波过程及波形如图7.9所示。 在u2的正半周时，二极管V导通，忽略二极管正向压降，则uo=u2，这个电压一方面给电容充电，一方面产生负载电流Io，电容C上的电压与u2同步增长，当u2达到峰值后，开始下降，UC＞u2，二极管截止，如图7.9中的A点。之后，电容C以指数规律经RL放电，UC下降。当放电到B点时，u2经负半周后又开始上升，当u2＞UC时，电容再次被充电到峰值。UC降到C点以后，电容C再次经RL放电，通过这种周期性充放电，以达到滤波效果。 由于电容的不断充放电，使得输出电压的脉动性减小，而且输出电压的平均值有所提高。输出电压平均值Uo的大小，显然与RL、C的大小有关，RL愈大，C愈大，电容放电愈慢，Uo愈高。在极限情况下，当RL=∞时，Uo=UC= U2，不再放电。当RL很小时，C放电很快，甚至与u