文档介绍：10、直流稳压电源
2018/8/15
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电工电子教研室
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小功率整流滤波电路
如何将一个50Hz、220V的交流电压变成6V的直流电压?
为什么有的直流电源在电网电压变化和负载变化时输出电压基本不变,而有的随之变化?
在电子电路及设备中,一般都需要稳定的直流电源供电,本章介绍的直流电源为单相小功率电源,它将频率为50Hz,有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定,输出电流为几百毫安以下的直流电压。
整流电路的任务就是将交流电变成直流电,主要靠二极管的单向导电性来完成;
常见的有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路;二极管用理想模型处理;
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整流桥中的D1、D2共阴极连接,用“+”标记;
整流桥中的D3、D4共阳极连接,用“-”标记;
当v2交流电压a正b负时,电流的流向为:
当v2交流电压a负b正时,电流的流向为:
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傅立叶级数分解后得到的恒定分量即为负载电压vL的平均值:
其余高次谐波分量总称为纹波,常用纹波系数Kγ表示直流输出电压中相对纹波电压的大小;
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桥式整流电路中,二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的,故流过每个二极管的平均电流为:
二极管截止时承受的最大反向电压为V2的最大值,即:
一般电网电压波动范围为±10%,实际选用二极管的最大整流电流和最高反向电压VRM应留有大于10%的余量;
目前市场上已有整流桥堆出售,如QL62A~L的额定电流为2A,最大反向电压为25~1000V。
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直流稳压电源中滤波电路的显著特点是:均采用无源滤波(为什么不采用有源滤波?);理想情况下,滤波后只保留直流成分,滤去所有交流成分,能输出较大电流。
一般用电抗元件组成无源滤波,可以并联电容器或者串联电感器,或者电容、电感组合各种复式滤波电路;
滤波电路分为电容输入式(电容接在最前面)和电感输入式(电感接在最前面),前者多用于小功率电源,后者多用于较大功率电源,重点分析小功率电源中最常见的电容滤波电路。
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电容器周而复始地进行充放电,负载上得到一个近似锯齿波的电压vL=vC,使波动大为减小,电容电路特点:
(1)二极管的导通角小于半个周期,流过二极管的瞬时电流很大;
(2)负载平均电压VL升高,纹波减小,且RLC越大,电容放电速率越慢,纹波越小, VL 越高;
(3)负载直流电压随负载电流增加(RL减小)而减小;在整流电路内阻不大,且放电时间常数满足条件时:
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总之,电容滤波电路简单易行,输出电压平均值高,适用于负载电流较小且变化也较小的场合;
大电流负载情况下,由于负载电阻RL很小,若采用电容滤波电路,则电容容量很大,且整流二极管中冲击电流也非常大,使整流管和电容的选择非常困难,甚至不可能,故采用电感滤波;
整流管导通角较大,无峰值电流,输出特性较平坦;缺点是由于铁芯的存在,笨重、体积大、易引起电磁干扰。