《電工電子技術》-課件第9章.ppt
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1、返回章目錄9.1 單相整流電路單相整流電路9.3 集成穩壓器集成穩壓器9.2 濾波電路濾波電路 整流電路就是利用二極管的單向導電性,將交流電變換為單整流電路就是利用二極管的單向導電性,將交流電變換為單向脈動直流電的電路。根據交流電的相數,整流電路分為單相整向脈動直流電的電路。根據交流電的相數,整流電路分為單相整流、三相整流等。通過本章的學習要求掌握小功率直流電源中常流、三相整流等。通過本章的學習要求掌握小功率直流電源中常用的單相半波、單相橋式整流電路及濾波穩壓電路的原理和應用用的單相半波、單相橋式整流電路及濾波穩壓電路的原理和應用要點。要點。電子設備的正常運行離不開穩定的電源,除了在某些特定場
2、合下電子設備的正常運行離不開穩定的電源,除了在某些特定場合下采用太陽能電池或化學電池作電源外,多數電路的直流電是由電采用太陽能電池或化學電池作電源外,多數電路的直流電是由電網的交流電轉換來的。這種直流電源的組成以及各處的電壓波形網的交流電轉換來的。這種直流電源的組成以及各處的電壓波形如圖如圖9.1所示。所示。圖圖9.1 直流穩壓電源組成框圖直流穩壓電源組成框圖 圖圖9.1中各組成部分的功能如下:中各組成部分的功能如下:(1)電源變壓器:將電網交流電壓()電源變壓器:將電網交流電壓(220V或或380V)變換成符合)變換成符合需要的交流電壓,此交流電壓經過整流后可獲得電子設備所需的需要的交流電壓
3、,此交流電壓經過整流后可獲得電子設備所需的直流電壓。因為大多數電子電路使用的電壓都不高,這個變壓器直流電壓。因為大多數電子電路使用的電壓都不高,這個變壓器是降壓變壓器。是降壓變壓器。(2)整流電路:利用具有單向導電性能的整流元件,把方向和大)整流電路:利用具有單向導電性能的整流元件,把方向和大小都變化的小都變化的50Hz交流電變換為方向不變但大小仍有脈動的直流電。交流電變換為方向不變但大小仍有脈動的直流電。(3)濾波電路:利用儲能元件電容器)濾波電路:利用儲能元件電容器C兩端的電壓(或通過電感兩端的電壓(或通過電感器器L的電流)不能突變的性質,把電容的電流)不能突變的性質,把電容C(或電感(或
4、電感L)與整流電路的)與整流電路的負載負載RL并聯(或串聯),就可以將整流電路輸出中的交流成分大并聯(或串聯),就可以將整流電路輸出中的交流成分大部分加以濾除,從而得到比較平滑的直流電。在小功率整流電路中,部分加以濾除,從而得到比較平滑的直流電。在小功率整流電路中,經常使用的是電容濾波。經常使用的是電容濾波。(4)穩壓電路:當電網電壓或負載電流發生變化時,濾波電路輸)穩壓電路:當電網電壓或負載電流發生變化時,濾波電路輸出的直流電壓的幅值也將隨之變化,因此,穩壓電路的作用是使整出的直流電壓的幅值也將隨之變化,因此,穩壓電路的作用是使整流濾波后的直流電壓基本上不隨交流電網電壓和負載的變化而變化。流
5、濾波后的直流電壓基本上不隨交流電網電壓和負載的變化而變化。在小功率直流電源中,常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋在小功率直流電源中,常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和三相整流電路等。式和三相整流電路等。整流(和濾波)電路中既有交流量,又有直流量。對這些量經常采整流(和濾波)電路中既有交流量,又有直流量。對這些量經常采用不同的表述方法:輸入(交流)用不同的表述方法:輸入(交流)用有效值或最大值;輸出用有效值或最大值;輸出(直流)(直流)用平均值;二極管正向電流用平均值;二極管正向電流用平均值;二極管反用平均值;二極管反向電壓向電壓用最大值。用最大值。9.1 單相整流電路單相整流電路
6、利用二極管的單向導電性組成整流電路,可將交流電壓變為單利用二極管的單向導電性組成整流電路,可將交流電壓變為單向脈動電壓。本章為便于分析整流電路,把整流二極管當作理想元向脈動電壓。本章為便于分析整流電路,把整流二極管當作理想元件,即認為它的正向導通電阻為零,而反向電阻為無窮大。但在實件,即認為它的正向導通電阻為零,而反向電阻為無窮大。但在實際應用中,應考慮到二極管有內阻,整流后所得波形,其輸出幅度際應用中,應考慮到二極管有內阻,整流后所得波形,其輸出幅度會減少會減少0.61V,當整流電路輸入電壓大時,這部分壓降可以忽略。,當整流電路輸入電壓大時,這部分壓降可以忽略。但輸入電壓小時,例如輸入為但輸
7、入電壓小時,例如輸入為3V,則輸出只有,則輸出只有2V多,需要考慮二多,需要考慮二極管正向壓降的影響。極管正向壓降的影響。單相整流電路有單相半波整流電路、單相全波整流電路和橋式單相整流電路有單相半波整流電路、單相全波整流電路和橋式整流電路三種形式。單相半波整流電路如圖整流電路三種形式。單相半波整流電路如圖9.2所示。所示。圖圖9.2 單相半波整流電路單相半波整流電路1單相半波整流電路的工作原理 利用二極管的單向導電性,在變壓器副邊電壓利用二極管的單向導電性,在變壓器副邊電壓U2為正的半個為正的半個周期內,二極管正向偏置,處于導通狀態,負載周期內,二極管正向偏置,處于導通狀態,負載RL上得到半個
8、周上得到半個周期的直流脈動電壓和電流;而在期的直流脈動電壓和電流;而在U2為負的半個周期內,二極管反為負的半個周期內,二極管反向偏置,二極管向偏置,二極管VD截止,處于關斷狀態,負載中沒有電流流過,截止,處于關斷狀態,負載中沒有電流流過,負載上電壓為零。由于二極管的單向導電作用,將變壓器副邊的交負載上電壓為零。由于二極管的單向導電作用,將變壓器副邊的交流電壓變換成為負載流電壓變換成為負載RL兩端的單向脈動電壓,達到整流目的,其兩端的單向脈動電壓,達到整流目的,其波形如圖波形如圖9.3所示。因為這種電路只在交流電壓的半個周期內才有所示。因為這種電路只在交流電壓的半個周期內才有電流流過負載,所以稱
9、為單相半波整流電路。電流流過負載,所以稱為單相半波整流電路。設變壓器副邊繞組電壓為設變壓器副邊繞組電壓為 。當。當u2為正半周時,為正半周時,二極管二極管VD導通,負載導通,負載RL上的電壓上的電壓uo、流過、流過RL的電流的電流io及二極管的及二極管的電流電流iD分別為分別為222sinuUtO2uuOD2LiiuR2直流電壓UO和直流電流IO的計算 利用傅立葉級數將單相半波脈動電壓分解為利用傅立葉級數將單相半波脈動電壓分解為O21222cos2cos4315uUtt 式中第一項為式中第一項為uo的直流分量,即的直流分量,即uo在一個周期的平均值在一個周期的平均值UO,即,即O2220.45
10、UUU 可以看出,在半波整流情況下,負載上的直流電壓只有變壓器可以看出,在半波整流情況下,負載上的直流電壓只有變壓器副邊繞組電壓有效值的副邊繞組電壓有效值的45%。如果考慮二極管正向電阻和變壓器。如果考慮二極管正向電阻和變壓器內阻引起的壓降,內阻引起的壓降,UO的數值還要低一些。的數值還要低一些。負載上的直流電流負載上的直流電流O2OLL0.45UUIRR圖圖9.3 單相半波整流電路波形單相半波整流電路波形3二極管參數的計算 在單相半波整流電路中,流在單相半波整流電路中,流過二極管的電流就等于輸出電流過二極管的電流就等于輸出電流2DOL0.45UIIR 從圖從圖9.2可看出,二極管在截止時所承
11、受的最高反向電壓可看出,二極管在截止時所承受的最高反向電壓u2就是就是的最大值,即的最大值,即DRM2m22UUU 在選擇二極管時,所選管子的最大整流電流和最高反向工作電在選擇二極管時,所選管子的最大整流電流和最高反向工作電壓,應大于上式的計算值。壓,應大于上式的計算值。4紋波系數KT 整流輸出后的電壓除含有直流分量外,還含有不小的高次諧波整流輸出后的電壓除含有直流分量外,還含有不小的高次諧波分量,這些諧波分量總稱為紋波。常用紋波系數來衡量輸出電壓中分量,這些諧波分量總稱為紋波。常用紋波系數來衡量輸出電壓中的紋波大小,它定義為輸出電壓交流有效值與平均值(直流分量)的紋波大小,它定義為輸出電壓交
12、流有效值與平均值(直流分量)之比,即之比,即OrrOUKU而輸出交流電壓有效值為而輸出交流電壓有效值為 22Or2OUUU對于半波整流電路對于半波整流電路 ,所以紋波系數為,所以紋波系數為O2220.45UUUO22222Or22rOOO2111.9850.45UUUUUKUUUU 可見半波整流電路輸出電壓的紋波是比較大的??梢姲氩ㄕ麟娐份敵鲭妷旱募y波是比較大的。單相半波整流電路結構簡單,只用一個整流管,但輸出波形脈單相半波整流電路結構簡單,只用一個整流管,但輸出波形脈動大,輸出直流電壓低,變壓器只工作半周,電源利用率低,故半動大,輸出直流電壓低,變壓器只工作半周,電源利用率低,故半波整流電
13、路只用在對直流電源要求不高,輸出電流較小的場合。波整流電路只用在對直流電源要求不高,輸出電流較小的場合。單相橋式整流電路應用最廣,采用四個整流二極管,組成橋式單相橋式整流電路應用最廣,采用四個整流二極管,組成橋式電路,如圖電路,如圖9.4(a)所示。)所示。人們常常將圖中的四個二極管電路,稱為人們常常將圖中的四個二極管電路,稱為“整流橋整流橋”。圖。圖9.4(b)采用了整流橋符號的電路圖。)采用了整流橋符號的電路圖。圖圖9.4 單相橋式整流電路單相橋式整流電路1單相橋式整流電路的工作原理 在圖在圖9.4(a)中,當)中,當u2為交流電的正半周時,為交流電的正半周時,a點電位高于點電位高于b點點
14、電位。二極管電位。二極管VD1,VD2正偏導通,正偏導通,VD4,VD3反偏截止。電流從變反偏截止。電流從變壓器副邊壓器副邊a點,經點,經VD1,RL,VD2流通到流通到b點。負載點。負載RL上得到正半周上得到正半周的輸出電壓。電流如實線方向。的輸出電壓。電流如實線方向。當當u2為交流電的負半周時,為交流電的負半周時,b點電位高于點電位高于a點電位。二極管點電位。二極管VD4,VD3正偏導通,正偏導通,VD2,VD1反偏截止。電流從變壓器副邊反偏截止。電流從變壓器副邊b點,經點,經VD3,RL,VD4流通到流通到a點。負載點。負載RL上依然得到正向半周的輸出電上依然得到正向半周的輸出電壓。電流
15、如虛線方向。壓。電流如虛線方向??梢?,雖然可見,雖然u2為交流電壓,但負載為交流電壓,但負載RL上的輸出電壓上的輸出電壓uo,卻已經,卻已經變成為大小脈動而方向單一的直流電了。變成為大小脈動而方向單一的直流電了。單相橋式整流電路中各電壓、電流的波形,如圖單相橋式整流電路中各電壓、電流的波形,如圖9.5所示。所示。2單相橋式整流電路的參數計算 整流電路的輸出電壓整流電路的輸出電壓uO是脈動的直流電壓,直流電壓的大小用是脈動的直流電壓,直流電壓的大小用其平均值其平均值UO來衡量。來衡量。式中式中 U2變壓器副邊電壓的有效值。變壓器副邊電壓的有效值。2 2 0 0 022oooo111d2d2sin
16、d222 20.9UututUttUUU圖圖9.5 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 整流電路的輸出電流整流電路的輸出電流io的平均值的平均值IO為為2LLoo0.9UUIRR 由于在每個周期中,四個整流二極管分為兩組,輪流導通。所由于在每個周期中,四個整流二極管分為兩組,輪流導通。所以流過每個二極管的平均電流以流過每個二極管的平均電流ID是總負載電流的一半是總負載電流的一半2DLo10.452UIIR 當正向偏置的二極管導通時,另外兩個二極管承受反向電壓而當正向偏置的二極管導通時,另外兩個二極管承受反向電壓而截止。其承受的最高反向電壓截止。其承受的最高反向電壓UDRM為為 (忽略二極管的導通
17、壓(忽略二極管的導通壓降),即降),即22UDRM22UU 由分析可知,流過變壓器副邊的電流是交流電流。其有效值為由分析可知,流過變壓器副邊的電流是交流電流。其有效值為22Loo1.110.9IUIIR 上述幾個公式,是分析、設計整流電路的重要依據。我們可以上述幾個公式,是分析、設計整流電路的重要依據。我們可以根據它們來選擇電源變壓器和整流二極管的參數。根據它們來選擇電源變壓器和整流二極管的參數?!纠?.1】設計一個輸出直流電壓為設計一個輸出直流電壓為36V,輸出電流為,輸出電流為1A的單相橋的單相橋式整流電路。已知交流電壓為式整流電路。已知交流電壓為220V,要求(,要求(1)如何選取整流
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