《整流和滤波》PPT课件.ppt

第18章直流稳压电源 18 2滤波器 18 3直流稳压电源 18 1整流电路 本章要求 1 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算 2 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理 3 了解集成稳压电路的性能及应用 第18章直流稳压电源 第18章直流稳压电源 小功率直流稳压电源的组成 功能 把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压 18 1整流电路 整流电路的作用 将交流电压转变为脉动的直流电压 常见的整流电路 半波 全波 桥式和倍压整流 单相和三相整流等 分析时可把二极管当作理想元件处理 二极管的正向导通电阻为零 反向电阻为无穷大 整流原理 利用二极管的单向导电性 18 1 1单相半波整流电路 2 工作原理 u正半周 Va Vb 二极管D导通 3 工作波形 u负半周 Va Vb 二极管D截止 1 电路结构 动画 4 参数计算 1 整流电压平均值Uo 2 整流电流平均值Io 3 流过每管电流平均值ID 4 每管承受的最高反向电压UDRM 5 变压器副边电流有效值I 5 整流二极管的选择 平均电流ID与最高反向电压UDRM是选择整流二极管的主要依据 选管时应满足 IOM ID URWM UDRM 18 1 2单相桥式整流电路 2 工作原理 u正半周 Va Vb 二极管D1 D3导通 D2 D4截止 3 工作波形 uD2uD4 1 电路结构 动画 例1 单相桥式整流电路 已知交流电网电压为220V 负载电阻RL 50 负载电压Uo 100V 试求变压器的变比和容量 并选择二极管 I 1 11Io 2 1 11 2 2A 变压器副边电流有效值 变压器容量S UI 122 2 2 207 8VA 变压器副边电压U 122V 可选用二极管2CZ11C 其最大整流电流为1A 反向工作峰值电压为300V 例2 试分析图示桥式整流电路中的二极管D2或D4断开时负载电压的波形 如果D2或D4接反 后果如何 如果D2或D4因击穿或烧坏而短路 后果又如何 解 当D2或D4断开后电路为单相半波整流电路 正半周时 D1和D3导通 负载中有电流过 负载电压uo u 负半周时 D1和D3截止 负载中无电流通过 负载两端无电压 uo 0 如果D2或D4接反则正半周时 二极管D1 D4或D2 D3导通 电流经D1 D4或D2 D3而造成电源短路 电流很大 因此变压器及D1 D4或D2 D3将被烧坏 如果D2或D4因击穿烧坏而短路则正半周时 情况与D2或D4接反类似 电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏 18 2滤波器 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流 其中既有直流成份又有交流成份 滤波原理 滤波电路利用储能元件电容两端的电压 或通过电感中的电流 不能突变的特性 滤掉整流电路输出电压中的交流成份 保留其直流成份 达到平滑输出电压波形的目的 方法 将电容与负载RL并联 或将电感与负载RL串联 18 2 1电容滤波器1 电路结构 2 工作原理 u uC时 二极管导通 电源在给负载RL供电的同时也给电容充电 uC增加 uo uC u uC时 二极管截止 电容通过负载RL放电 uC按指数规律下降 uo uC uC 3 工作波形 二极管承受的最高反向电压为 动画 4 电容滤波电路的特点 T 电源电压的周期 1 输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间常数RLC有关 RLC越大 电容器放电越慢 输出电压的平均值Uo越大 波形越平滑 近似估算取 Uo 1 2U 桥式 全波 Uo 1 0U 半波 当负载RL开路时 UO 为了得到比较平直的输出电压 2 外特性曲线 有电容滤波 1 4U 结论 采用电容滤波时 输出电压受负载变化影响较大 即带负载能力较差 因此电容滤波适合于要求输出电压较高 负载电流较小且负载变化较小的场合 3 流过二极管的瞬时电流很大 选管时一般取 IOM 2ID RLC越大 O越高 IO越大 整流二极管导通时间越短 iD的峰值电流越大 例 有一单相桥式整流滤波电路 已知交流电源频率f 50Hz 负载电阻RL 200 要求直流输出电压Uo 30V 选择整流二极管及滤波电容器 流过二极管的电流 二极管承受的最高反向电压 变压器副边电压的有效值 解 1 选择整流二极管 可选用二极管2CP11 IOM 100mAUDRM 50V 例 有一单相桥式整流滤波电路 已知交流电源频率f 50Hz 负载电阻RL 200 要求直流输出电压Uo 30V 选择整流二极管及滤波电容器 取RLC 5 T 2 已知RL 50 解 2 选择滤波电容器 可选用C 250 F 耐压为50V的极性电容器 18 2 2电感电容滤波器 1 电路结构 2 滤波原理 对直流分量 XL 0 L相当于短路 电压大部分降在RL上 对谐波分量 f越高 XL越大 电压大部分降在L上 因此 在负载上得到比较平滑的直流电压 当流过电感的电流发生变化时 线圈中产生自感电势阻碍电流的变化 使负载电流和电压的脉动减小 LC滤波适合于电流较大 要求输出电压脉动较小的场合 用于高频时更为合适 18 2 3 形滤波器 形LC滤波器 滤波效果比LC滤波器更好 但二极管的冲击电流较大 比 形LC滤波器的体积小 成本低 形RC滤波器 R愈大 C2愈大 滤波效果愈好 但R大将使直流压降增加 主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合 磁路 实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心 线圈通电后铁心就构成磁路 磁路又影响电路 因此电工技术不仅有电路问题 同时也有磁路问题 变压器极性是用来标志在同一时刻初级绕组的线圈端头与次级绕组的线圈端头彼此电位的相对关系 因为电动势的大小与方向随时变化 所以在某一时刻 初 次级两线圈必定会出现同时为高电位的两个端头 和同时为低电位的两个端头 这种同时刻为高的对应端叫变压器的同极性端 由此可见 变压器的极性决定线圈绕向 绕向改变了 极性也改变 在实用中 变压器的极性是变压器并联的依据 按极性可以组合接成多种电压形式 如果极性接反 往往会出现很大的短路电流 以致烧坏变压器 因此 使用变压器时必须注意铭牌上的标志 变压器线圈极性的测定 1 同极性端的标记 2 同极性端的测定 毫安表的指针正偏1和3是同极性端 反偏1和4是同极性端 U13 U12 U34时1和3是同极性端 U13 U12 U34时1和4是同极性端 测定副边绕组的相对极性方法一 如图5 12 3 a 所示 测量连接后的端口电压 此时 若电压表的读数为两个绕组开路时的电压之和 那么用导线相连的端点为异名端 若电压表的读数为零 则用导线相连的端点为同名端 a 测定副边绕组的异极 b 测定副边绕组的同极性 c 副边绕组的并联 图5 12 3测定副边绕组的相对极性 方法二 如图5 12 3 b 所示 测量连接后的端口电压 此时 若电压表的读数为零 那么用导线相连的端点为同名端并且两个绕组的输出电压相等 此时可以连接成并联接法 若电压表的读数为两个绕组开路时的电压之和 则用导线相连的端点为异名端 在测定变压器的同名端之后 副边绕组的并联联接如图5 12 3 c 所示以 稳压二极管 1 符号 UZ IZ IZM UZ IZ 2 伏安特性 稳压管正常工作时加反向电压 使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿后 电流变化很大 但其两端电压变化很小 利用此特性 稳压管在电路中可起稳压作用 单一参数的交流电路 一 电流 电压的关系 若已知 iR IRmsin t 则 uR Umsin t 其中 URm 二 阻抗Z Z R iR R t u i t pR IRm R k m 电阻元件的交流电路 电感元件的交流电路 一 电流电压的关系 若已知 iL ILmsin t 则 其中 ULm uL uL比iL超前90 二 阻抗 Z f 0时 Z XL f L iL L uL ULmsin t 90 LILmcos t 电感阻交流的能力越强 f XL 频率越高 L i 90 直流 XL 0 L短路 L通直流 XL L阻交流 ILm L ILm XL 感抗 2 fL UL比IL大XL倍 3 相量电路模型 例 若有4j 2 相量式 所以要乘上 j jXL j L 故 XL j jXL jXL 即 j L 相位上 数量上 则知XL 4 所以要乘上 XL 电容元件的交流电路 一 电流电压的关系 若已知 uC UCmsin t 则 其中 ICm uC iC比uC超前90 二 阻抗 Z f 0时 Z XC f C iC C iC ICmsin t 90 C UCmcos t 电容通交流的能力越强 f XL i u 90 直流 XC C开路 C隔直流 XC C通交流 C UCm UCm XC 容抗 频率越高 例1 解 1 解 2 30 U 7 31 4 220 V 30 90 第 2 题相量图 u