直流稳压电源二

课题十二：直流稳压电源（二）【学习内容】半导体直流电源的原理，是本身把交流电变换为直流电的过程，在各个生产和生活环节上，直流稳压电源都起到很大的作用，本章将从直流稳压电源的环节出发，通过整流变压器、整流电路、滤波器、稳压环节，最后分析直流稳压电源。【学习重点】整流电路、滤波电路、稳压电路【学习难点】交流电变换成为单向脉动电压。减小整流电压的脉动程度。【教学内容】滤波电路整流电路虽然可将交流电变成直流电，但其脉动成分较大，在一些要求直流电平滑的场合是不适用的，需加上滤波电路，以减小整流后直流电中的脉动成分。一般直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示：输出电压的基波最大值输出电压的平均值脉动系数（S）= GS0712例如，全波整流输出电压uL可用付氏级数展开为:3弛 15?r 3政GS0713(0.9-0.6COS2al-0.1-0.A)GS0713其中基波最大值为0.6U2，直流分量（平均值）为0.9U2，故脉动系数SR0.67。同理可求得半波整流输出电压的脉动系数为5=1.57，可见其脉动系数是比较大的。一般电子设备所需直流电源的脉动系数小于0.01，故整流输出的电压必须采取一定的措施，一方面尽量降低输出电压中的脉动成分，另一方面尽量保存输出电压中的直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电源的输出电压。这一措施就是滤波。最基本的滤波元件是电感、电容。其滤波原理是：利用这些电抗元件在整流二极管导通期

间储存能量、在截止期间释放能量的作用，使输出电压变得比较平滑；或从另一角度来看，电容、电感对交、直流成分反映出来的阻抗不同，把它们合理地安排在电路中，即可达到降低交流成分而保留直流成分的目的，体现出滤波作用。图£口711全波整治电容滤波波形图常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。其中无源滤波的主要形式有电容滤波，电感滤波和复式滤波（包括倒L型LC滤波，n型LC滤波和n图£口711全波整治电容滤波波形图RC滤波。半波整流电容滤波电路如图Z0710所示。其滤波原理如下:半波整隹电茬派皱电路导通角半波整流电容澹波电路工作时的电流及电压波形gZ0710半波整转电容滤波电路半波整流电容滤波电路如图Z0710所示。其滤波原理如下:半波整隹电茬派皱电路导通角半波整流电容澹波电路工作时的电流及电压波形gZ0710半波整转电容滤波电路戒波波形电容C并联于负载RL的两端，uL=uC。在没有并入电容C之前，整流二极管在u2的正半周导通，负半周截止，输出电压uL的波形如图中红线所示。并入电容之后，设在«t=0时接通电源，则当u2由零逐渐增大时，二极管D导通，除有一电流iL流向负载以外还有一电流iC向电容C充电，充电电压uC的极性为上正下负。如忽略二极管的内阻，则uC可充到接近u2的峰值u2m。在u2达到最大值以后开始下降，此时电容器上的电压uc也将由于放电而逐渐下降。当u2Vuc时，D因反偏而截止，于是C以一定的时间常数通过RL按指数规律放电，uc下降。直到下一个正半周，当u2>uc时，D又导通。如此下去，使输出电压的波形如图中蓝线所示。显然比未并电容C前平滑多了。全波或桥式整流电容滤波的原理与半波整波电容滤波基本相同，滤波波形如图Z0711所示。从以上分析可以看出：

加了电容滤波之后，输出电压的直流成分提高了，而脉动成分降低了。这都是由于电容的储能作用造成的。电容在二极管导通时充电（储能），截止时放电（将能量释放给负载），不但使输出电压的平均值增大，而且使其变得比较平滑了。电容的放电时间常数（苜RLC）愈大，放电愈慢，输出电压愈高，脉动成分也愈少，即滤波效果愈好。故一般C取值较大，RL也要求较大。实际中常按下式来选取C的值：RLC>（3〜5>T（半波）GS0714RLC>（3〜5）T/2（全波、桥式）GS0715电容滤波电路中整流二极管的导电时间缩短了，即导通角小于180°。而且，放电时间常数越大，导通角越小。因此，整流二极管流过的是一个很大的冲击电流，对管子的寿命不利，选择二极管时，必须留有较大余量。电容滤波电路的外特性（指UL与IL之间的关系）和脉动特性（指S与IL之间的关系）比较差，如图Z0712所示。可以看出输出电压UL和脉动系数S随着输出电流IL的变化而变化。当IL=0（即RL=8）时，UL=U2（电容充电到最大值后不再放电），S=0。当IL增大（即RL减小）时，由于电容放电程度加快而使UL下降，UL的变化范围在U2〜0.9U2之间（指全波或桥式），S变大。所以，电容滤波一般适用于负载电流变化不大的场合。电容滤波电路输出电压的佑算。如果电容滤波电路的放电时间常数按