电工与电子技术第 十二章 整流与直流稳压电源.ppt

第十二章整流与直流稳压电源 12. 1整流电路 12. 2滤波电路 12. 3直流稳压电路 12. 1整流电路 日前，电力网供给的电能都是交流电，而几乎所有电子设备却都需要直流电源才能正常工作。因此，作为提供直流能量的直流稳压电源，在各种电子设备中有着极其重要的地位它的性能好坏直接影响整个电子产品的精度、稳定性和可靠性。而直流稳压电源的主要任务就是将交流电变为直流电。直流稳压电源的基本组成如图12. 1所示。它由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，各部分作用如下。 图 12.1直流稳压电源的组成框图 12. 1整流电路 12. 1. 1单相半波整流电路 图12. 2(a)为一单相半波整流电路。图中Tr是电源变压器，D为整流元件，RL为负载，R0是整流电路的内阻，一般可忽略不计。电路的工作原理如下: u0波形如图12.2 (b)所示，它是一个单相脉冲电压，好像将正弦波削掉一半，所以称它为半波整流电路。 12. 1整流电路 二极管两端所承受的最大反向电压URM=U2m 显然，要使半波整流电路中的二极管安全工作，应当满足下列两个条件: (1)二极管的最大整流电流必须大于二极管实际平均电流， 即 IFM=ID。 (2)二极管所承受的最大反向峰值电压Urm必须小于二极管的最大反向工作电压URM即Urm＜URM。 由图12. 2 （a)及上述分析可知，半波整流电路结构简单，但其输出电压较低，还不到输入电压有效值的一半。此外，电压脉动也太大，变压器的利用率低，只利用了半周输出。为克服这些缺点，广泛采用全波桥式整流电路。 图12. 2半相半波整流电路及波形图 12. 1整流电路 12. 1. 2全波桥式整流电路 目前，在工程上最常用的是全波桥式整流电路，其典型电路如图12. 3所示，电路由变压器、四只二极管和负载组成。其工作原理如下: 设 ，在电压u2的正半周时，即上正下负，二极管D1 、D3因受正向偏压而导通;D2, D4因承受反向电压而截止。电流的通路是1→D1→RL→D3→2→1，如图12. 3(a)中虚线所示。于是在负载RL上得到u0的半波电压。在电压u2的负半周时，即上负下正，二极管D1, D3截止D2 、 D4导通。 图12.3单相桥式整流电路 12. 1整流电路 电流的通路是2→D2→RL→D4→1→2，如图12. 3 ( h)中虚线所示同样，在负载RL上得到与正半周时的电压波形相同的半波电压。 由此可见，当u2变化一个周期时，D1、D3与D2, D4是轮流导电的，在负载电阻RL上得到的电压和电流是单向全波脉动波形，如图12. 4所示。 图12. 4全波整流的波形图 12. 1整流电路 全波桥式整流电路的优点是输出电压高，脉动系数小，每管所承受的反向工作电压低，变压器利用率高，因而整流效率也较高。缺点是使用的二极管数量多，整流管总的压降较大，在大电流工作状态下，会使电路效率下降。 有时，为了绘图方便，桥式整流电路也常画成如图12. 5所示。 如图12. 6所示电路，为一种变压器带中心抽头的全波整流电路，它和桥式整流电路有着较相似的工作原理和电路参数。读者可自行进行分析。 图12. 5单相桥式全波整流电路的其他画法 图12. 6全波整流电路 12. 2滤波电路 12. 2. 1电容滤波 图12. 7所示的单相半波整流电路中，与负载RL并联的电容C，就是一个最简单的滤波器，称之为滤波电容。在分析电容滤波电路时，要特别注意电容器两端电压对整流元件导电的影响 图12. 7具有电容滤波的单相半波整流电路 12. 2滤波电路 由电路图看出，二极管导通时，在给负载供电的同时，对电容C允电。若忽略二极管的正向压降，允电电压uC。随着正弦电压u0(即u2的正半周)升至峰值，如图12. 8中0一1段波形所示。但u2由峰值下降时，由于uC下降较慢，当u2uC时，二极管的负极电位就高于正极电位，于二极管反偏截止。此时，电容C对负载电阻RL按指数规律放电。放电的速度由放电时间常数RLC决定，一般RLC较大，因此放电很慢。如图12. 8中1 -2段。 12. 2滤波电路 一直到下一个正半周到来并出现u2uC为止，二极管又重新导电，电源再一次给负载供电，且对电容G允电，当u2再由峰值下降到u2uC时，电容G再一次放电……如此重复，就可得到如图12. 8实线所示的u0波形。因此，负载得到的是在全周期内都变化不大的平滑直流电。 图12. 8半波整流电容滤波波形图 12. 2滤波电路 由此可见，采用滤波电容器可以得到脉动较小的直流电压，但输出电压u0受负载变云的影响很大如空载时输出将达到交流电压的幅值√2 U2 ，而负载RL减小时，则输出显著减小(放电速度加快)，故外特性很差。 图12. 9是具有电容滤