直流稳压电源 生物医学工程研究所.ppt

第六章 直流稳压电源 许多电子仪器和设备都需要稳定的直流电源供电。除少数使用化学电源外，绝大多数是由交流电网供电，这就需要将交流电转换为稳定的直流电。 直流稳压电源就是完成这种转换的装置，它一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等四部分组成。 (1)电源变压器：将交流电源电压变换为符合整流需要的交流电压； (2)整流电路：将交流电压变换为单向脉动直流电压； (3)滤波电路：滤掉整流电压中的交流成分，输出平滑的直流电压； (4)稳压电路：在交流电源电压波动或负载变动时，保证输出稳定的电压。 主要内容 第一节 整流滤波电路 第二节 晶体管稳压电路 第三节 直流电压变换器 第四节 可控硅 第一节 整流滤波电路 一. 整流电路 整流(rectification circuit)是利用二极管的单向导电性，把交流电转换成脉动直流电的过程。常见的整流电路有半波、全波、桥式和倍压整流等几种形式。 1. 半波整流电路 半波整流电路(half-wave rectifier)由变压器 B、二极管D和负载RL组成，变压器副边输出的交流电压为u2。当副边电压为正半周(0 ~π)时，a端为正，b端为负，加于二极管D的电压为正向电压，二极管导通，电流i的方向由a经D、RL流回到b点。当负半周时 (π~2π)，b端为正，a端为负，这时加于D的电压为反向电压，二极管截止，负载RL上无电流通过。 可见，半波整流电路只在正半周时才有电流通过负载，负半周无电流通过，其波形如图所示。 理论上可以证明，该电路输出平均直流电压Uod为：Uod=0.45U2，U2为变压器次级电压有效值。整流二极管所承受的最大反向电压为： 该电路简单，但整流效率低，输出电压波动大，目前已用得较少。 2. 桥式整流电路(bridge rectifier) 由四个二极管接成电桥形式，故称桥式整流。 在变压器副边电压的正半周，D1、D3导通，D2、D4截止，电流i1方向如红色箭头所示。在电压的负半周时，电流i2方向如蓝色箭头所示。 在交流电压u2的一个周期内，二极管D1、D3和D2、D4轮流导通和截止，在负载RL上就得到了一个单方向的全波脉动电压和电流。 该电路输出的平均直流电压Uod为： Uod=0.9U2 而每个二极管所承受的最大反向电压为 ，通过的电流为负载电流IL的一半。 桥式整流电路的输出电压脉动程度比半波整流电路小得多，输出电压和电流的平均值也比半波整流电路提高了一倍，而二极管所承受的最大反向电压仅为半波整流的一半，因此，桥式整流电路得到了广泛的应用。 诊断用X线机的X线管所需的最高管电压为100~150kV，都设有高压整流电路，大多采用四只高压硅堆组成的桥式高压整流器。 3. 倍压整流电路 在有些电子仪器和设备中，需要有能供给高电压(kV级)、小电流(mA以下)的直流电源，若采用上述整流电路，变压器副边电压很高，需要副绕组的匝数很多，体积大，而二极管的反向耐压也需很高。为避免这些缺点，可采用倍压整流电路，它对变压器次级电压要求不高，利用低耐压二极管，便可获得比输入交流电压峰值高很多倍的直流电压。 倍压整流电路是利用二极管的单向导电性引导电源分别对每一个电容充电，然后将电容上的电压顺极性串联相加来获得高电压的。下面以二倍压整流电路来说明其工作原理。 在变压器副边电压的正半周，D1导通，D2截止，电流通过路为a-C1-D1-b，C1被充电至u2的峰值 。在变压器副边电压的负半周时，D2导通，D1截止，电流通过路是b-C2-D2-C1-a，u2与C1上的电压串联起来对C2充电，C2上得到最大电压为2 。 再接一个二极管D3和电容器C3，或多个二极管和电容器就可以得到三倍压、多倍压的整流电路。而每个二极管所承受的最高反向电压基本上为2 ，电容除C1的耐压为 外，C2、C3等电容的耐压都是2 。 这种电路的优点是，可以从低电压的交流电源获得很高的直流输出电压，而对变压器次级绕组绝缘层、电容和二极管的耐压要求都不高。但在接上负载后，电容将对负载放电，输出电压将会降低。若负载电阻小，则电容放电快，输出电压下降较多，电容放电产生的电压脉动也较大。所以倍压整流电路只适用于高电压、小电流的场合。 二. 滤