桥式整流电容滤电路设计式整流电容滤电路设计.doc

大连理工大学电源技术大作业 姓名： 伍先胜 学号： 131096228370 学习中心： 浙江慈溪奥鹏 整流、滤波电路设计 摘要 在现代工农业生产和日常生活中，广泛地使用着交流电。主要原因是与直流电相比，交流电在产生、输送和使用方面具有明显的优点和重大的经济意义。例如在远距离输电时，采用较高的电压可以减少线路上的损失。然而大部分的用电设备使用的是直流电，因此如何更加有效的将交流电转换成直流电成为不容忽视的问题，电压的稳定与否，与整流、滤波有着很大的关系，因此要制作一种数控电源必然少不了对整流、滤波电路的设计，本次目的是掌握桥式整流，电容滤波的设计方法。了解整流滤波电路的基本工作原理。 关键词：桥式整流电路，电容滤波电路，稳压电路 引 言 电子系统的正常运行离不开稳定的电源，除了在某些特定场合下采用太阳能电池或化学电池作电源外，多数电路的直流电是由电网的交流电转换来的，能长期、连续、可靠、稳定地工作，给人们生产生活带来了极大的方便。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的晶体管串联调整稳压电源，是连续控制的线性稳压电源，这种传统稳压电源级数比较成熟。并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等特点。但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器和隔离之用，另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，于是它很难满足电子设备发展的要求。从而促成了高效率、体积小、重量轻的开关电源的迅速发展。而开关电源的稳定关键就在于整流、滤波电路的设计。 1 桥式整流电路工作原理 由图1可看出，电路中采用四个二极管，互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向作用，在交流输入电压U2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，在负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，D1、D3截止，D2、D4导通，流过负载RL的电流方向与正半周一致。因此，利用变压器的一个副边绕组和四个二极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。 图1整流电路 电压应满足下式： U1≥U0maxU1-U0min＋URIP+ΔU1式中，U0max-稳压电源输出最大值；(U1-U0)min-集成稳压器输入输出最小电压差；UＲＩＰ-滤波器输出电压的纹波电压值（一 般 取U0，(U1－U0)min之和的10%） ；ΔU1-电网波动引起的输入电压的变化（一般取U0，(U1－U0)min，URIP之和的10%）． 对于集成三端稳压器，当（U1－U0）min=2~10V时，具有较好的稳压输出特性．故滤波器输出电压值U1≥15+3+1.8+1.98≥22V） ，取U1=22V．根据UＩ可确定变压器次级电压U2．U2＝U1／（1.1~1.2）=22／1.1≈20V 在桥式整流电路中，变压器次级电流与滤波器输出电流的关系为：I2＝（1.5-2）I1≈1.5×0.5=0.75A．取变压器的效率η＝0.8，则变压器的容量为P＝U2×I2/η＝20Ｘ0.75/0.8＝18.75（W）．选择容量为20W的变压器．因为流过桥式电 路中每只二极管的电流为ID＝0.5I1max＝0.5Ｉ0max＝0.5×0.5＝ 0.25(A)．每只整流 二极管承受的最大反向电压为URM＝1.414U2max＝1.414×20×（1+10%）≈31(V),选 用二极管IN4001，其 参 数 为：ID＝1A，URM＝100V．可见能满足要求。 2 电容滤波电路 整流电路输出的直流电压脉动较大，一般不能满足实际需要，必须用滤波电路滤除交流分量，得到平滑的直流电压。在小功率直流电源中，常用的滤波电路有电容滤波、Г型滤波和п滤波。在整流电路输出端与负载之间并联一只大容量的电容，如图2a，即可构成最简单的电容滤波器。其工作原理是利用电容两端的电压在电路状态改变时不能跃变的特性。 uo ωt O O ωt iD t1 t2 t3 t4 t5 t6 b a C VD1~VD4 Tr u1 u2 a b RL uo uC 图2 电容滤波原理及波形图a.原理图,b. 波形图 加了一只电容后，二极管导通时，一方面给负载RL供电，一方面对电容C充电。在忽略二极管正向压降后，充电时，充电时间常数τ充电=2RDC，其中RD为二极管的正向导通电阻，其值非常小，充电电压uC与上升的正弦电压u2一致，uo=uC≈u2，当uC充到u2的最大值时，u2开始下降，且下降速率逐渐加快。当|u2|＜uC时，四个二极管均截止，电容C经负载RL放电，放电时间常数为τ放电=RLC，故放电较慢，直到负半周。在负半周，当|u2|＞uC时，另外二