生物医学工程第3讲

第十章直流电源,10.1直流电源的组成,10.2单相整流电路,10.3滤波电路,10.4倍压整流电路,10.5硅稳压管稳压电路,10.6串联型直流稳压电路,10.7集成稳压器,10.8开关型稳压电路,10.9可控整流电路,10.2单相半波整流电路,优点：使用元件少。,缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。,10.1直流电源的组成,电网电压,电源变压器,整流电路,滤波器,稳压电路,负载,10.2.2单相全波整流电路,变压器有中心插头的全波整流电路,单项桥式全波整流电路,单项桥式全波整流简化电路,10.2.4整流电路的主要参数,一、输出直流电压UO（AV）,二、脉动系数S,三、二极管正向平均电流ID（AV）,四、二极管最大反向峰值电压URM,UO1M基波电压最大值,UOAV输出电压最大值,例题:某电子仪器需要输出电压为15V的直流电源，已知负载电阻为100，试求：,采用单相桥式整流电路。1.变压器的副边电压U2应为多少？,已知：UO=0.9U2UO=15V,U2=15/0.9=16.7V,2.二极管的平均电流ID(AV),3.二极管的最大反向电压URM,4.脉动系数S0.6767,采用单相半波整流电路。1.变压器的副边电压U2应为多少？,UO=0.45U2U2=15/0.45=33.4V,2.二极管的平均电流ID(AV),3.二极管的最大反向电压URM,4.脉动系数S1.57157,10.3滤波电路,滤波电路的种类：电容滤波、RC型滤波、电感滤波、LC滤波、LC型等多种滤波电路。,10.3.1电容滤波电路,当第一个脉冲到达RC电路时，io给RL供电，ic给电容C充电。,充电到最大值时开始下降，此时电容器上的电压充到,电容器积累的电量通过RL放电。,若放电参数RLC选择适当，在第二个脉冲到来时，放电未结束，,这样就形成了的比全波整流更平滑的波形,二极管上的电流波形如图所示：,VD1从最大电流开始下降到VD3的上升段，UCU2,VD1、VD3截止。故出现导通角小于180o的现象，,滤波电容对输出电压的影响,1.输出直流成分提高。,2.输出脉动成分降低,3.RLC越大，滤波效果越好。RLC脉动系数为零。,4.输出电压的变化范围0.9U21.2U2,5.二极管的导电时间减少，冲击电流变大,电路设计时的电容选择：,T0.02秒：电网交流电压的周期,满足上述条件：,脉动系数S约为1020左右。,10.3滤波电路,10.3.2RC-型滤波电路,输出直流电压为：,脉动系数S约为：,适用于负载电流较小的场合。电路简单、体积小、成本低。,比无R时电压降低,比无R时脉动系数减少,外特性：输出电压和输出电流的关系曲线,软:受电流的增加电压下降比较快。,硬:受电流的增加电压下降比较慢。,电容滤波电路的外特性都比较软,例题：要求某直流电源输出电压12V输出电流100mA,(1)若希望脉动系数小于10，采用电容滤波，试估算电容和变压器副边电压。,解:根据,T=0.02秒RL=120,=420uF,可选电容470uF,电解电容标称值：12.24.7系列,变压器副边电压：,若要求S1%,采用RC滤波，使R=RL=120,=270uF,可选电容470uF，耐压大于16伏,若要求S1%,需采用RC滤波，使R=RL=120电路如图所示：,=270uF,可选电容470uF耐压值大于16伏,变压器副边电压：,电容的串连和并联,电容的串连相当于电阻的并联,电容的并连相当于电阻的串联,C=C1+C2+C3,1F法拉106uF微法拉109nF纳法拉1012uuF微微法,10.3.3电感滤波电路和LC滤波电路,一、电感滤波器,滤波原理：,当电感线圈有电流流过时产生感生电动势，阻碍原电流的增加。反之亦然。,滤波效果和电容一样,L越大，RL越小滤波效果越好,适合大电流工作的场所。例如通讯、电渡等。,二、LC滤波器,电路设计应满足条件：,脉动系数S0.67,电感直流阻抗很小，直流压降可忽略。,A,O,A,O两点基波最大值之间的关系：,若设计满足条件：,则脉动系数,S=0.67.S小于0.67,优点：效果好，适应大电流，脉动系数小。,缺点：体积大、重量大、成本高。,电感滤波电路和LC滤波电路的比较,一、电感滤波器,适用于负载电流比较大的场合。,二、LC滤波器,输出直流电压为：,10.3.4LC-型滤波电路,各种滤波电路的性能比较,10.4倍压整流电路,10.4.1二倍压整流电路,正半周VD1导通对C1充电到,负半周VD2导通对C2充电到,输出电压,10.4.2多倍压整流电路,+-,+-,+-,+-,+-,适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。,10.5硅稳压管稳压电路,10.5.1稳压电路的主要指标,整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：负载变化；2.电网电压波动。,一、内阻RO,二、稳压系数Sr,10.5.2硅稳压管的伏安特性,在反向击穿区，流过稳压管的电流发生很大变化，两端电压基本不变。,10.5.3硅稳压管稳压电路,一、电路组成和工作原理,稳压原理：,1.UI不变，RL减小,RL,IL,UR,UO,IZ,IR=IL+IZ,基本不变,2.RL不变，UI升高,UI,UO,IZ,UR,UO=UI-UR,基本不变,二、内阻和稳压系数的估算,1.内阻Ro,2.稳压系数Sr,当rZRL，rZR时，,三、限流电阻的选择,1.当电网电压最高和负载电流最小时，IZ的值最大，此时IZ不应超过允许的最大值，即,或：,2.当电网电压最低和负载电流最大时，IZ的值最小，此时IZ不应低于其允许的最小值，即