文档介绍：第12章直流稳压电源
直流稳压电源的组成
整流电路
滤波电路
稳压管稳压电路
串联型直流稳压电路
实验十五整流、滤波及串联型稳压电源
本章小结
第12章直流稳压电源
任何电子设备都需要用直流电源供电,获得直流电源的方法较多,如干电池、蓄电池、直流电机等。但比较经济实用的办法是将交流电网提供的50 Hz、220 V的正弦交流电经整流、滤波和稳压后变换成直流电。对于直流电源的主要要求是:输出电压的幅值稳定,即当电网电压或负载电流波动时能基本保持不变;直流输出电压平滑,脉动成分小;交流电变换成直流电时的转换效率高。
本章主要介绍单相整流电路、各种滤波电路、硅稳压管稳压电路以及串联型直流稳压电路的工作原理、主要指标等;对于近年来迅速发展起来的集成化稳压电源以及开关型稳压电源也将作简单介绍。
直流稳压电源的组成
一般的小功率直流稳压电源是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等四个部分组成。。下面简要介绍各部分的功能。
1. 电源变压器
交流电网提供50 Hz、220 V(单相)或380 V(三相)的正弦电压,但各种电子设备所需直流电压的幅值却各不相同。因此,常常需要将电网电压先经过电源变压器进行降压,将220V或380 V的交流电变成大小合适的交流电以后在进行交、直流转换。当然,有的电源不是利用变压器而是利用其它方法降压的。
2. 整流电路
整流电路的主要任务是利用二极管的单向导电性,将变压器副边输出的正负交替的正弦交流电压整流成单方向的脉动电压。但是,这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分,距离理想的直流电压还差得很远,故不能直接供给电子设备使用。
3. 滤波电路
滤波电路一般由电容、电感等储能元件组成。它的作用是将整流电路输出的单向脉动电压中的交流成分滤除掉,变成比较平滑的直流电压输出。但是,当电网电压或负载电流发生变化时,滤波电路输出直流电压的幅值也将随之变化,在要求比较高的电子设备中,这种直流电压是不符合要求的。
4. 稳压电路
稳压电路往往是利用自动调整的原理,使得输出直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。
下面分别介绍各部分的具体电路和它们的工作原理。
整流电路
整流电路是利用二极管的单向导电性,将正负交替的正弦交流电压变换成单方向的脉动电压。在小功率的直流电源中,整流电路的主要形式有单相半波整流电路、单相全波整流电路和单相桥式整流电路。其中,单相桥式整流电路用得最为普遍。
单相半波整流电路
(a)所示为单相半波整流电路,它是最简单的整流电路,由变压器、二极管和负载电阻组成。u1是变压器初级线圈的输入电压,通常有效值为220 V,频率为50 Hz,u2是变压器次级的输出电压(也称副边电压)。一般设
(b)所示。
设二极管为理想二极管,在电压u 2的正半周,二极管D正偏导通,电流i D经二极管流向负载RL,在RL上就得到一个上正下负的电压;在u 2的负半周,二极管D反偏截止,流过负载的电流为0,因而RL上电压为0。这样以来,在u2信号的一个周期内,RL上只有半个周期有电流通过,结果在RL两端得到的输出电压u O就是单方向的,且近似为半个周期的正弦波,所以叫“半波整流电路”。半波整流电路中各段电压、(b)所示。
(b)所示波形可见,全波整流电路输出电压uO的波形所包围的面积是半波整流电路的两倍,所以其平均值也是半波整流的两倍。另外,全波整流输出波形的脉动成分比半波整流时有所下降。但是,(a)全波整流电路可知,在u2的负半周时,D2导通,D1截止,此时变压器副边两个绕组的电压全部加到二极管D1的两端,因此二极管承受的反向电压较高,其最大值等于。此外,全波整流电路必须采用具有中心抽头的变压器,而且每个线圈只有一半时间通过电流,所以变压器的利用率不高。
单相桥式整流电路
针对单相全波整流电路的缺点,希望仍用只有一个副边线圈的变压器,而能达到全波整流的目的。为此,(a)所示的单相桥式整流电路。电路中采用了D1~D4四只二极管,并且接成电桥形式,因此得名。
在变压器副边电压u2的正半周,D1、D2导通,D3、D4截止,电流流经D1、RL、D2,在负载RL上产生上正下负的单向脉动电压。在u2的负半周,D3、D4导通,D1、D2截止,电流流经D3、RL、D4,在负载RL上也产生上正下负的单向脉动电压。这样,在u2的整个周期内,负载RL上均能得到直流脉动电压,这与全波整流电路一样。它与全波整流电路不同之处是,每个半周均有两只二极管导通,且