
基本线路
DC稳压电源一般采用220伏市电作为电源,经过变压、整流、滤波后送入稳压电路进行稳压,最终成为稳定的DC电源。这个过程中的变压、整流、滤波等电路可以看作是DC稳压电源的基本电路。如果没有这些电路对市电进行预处理,稳压电路将无法正常工作。
变压器电路
通常,DC稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。电力变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。初级绕组用于输入电源的交流电压,次级绕组输出所需的交流电压。一般来说,电力变压器是一种电磁电的转换装置。即初级交流电转化为铁芯的闭合交变磁场,磁场的磁力切割次级线圈产生交变电动势。当次级连接到负载时,电路闭合,交流电流流过次级电路。变压器的电路图符号见图2-3-1。
整流电路
经过变压器改造后还是交流电,需要转换成直流电才能提供给后续电路。这个转换电路就是整流电路。在DC稳压电源中,利用二极管的单向导通特性,将改变方向的交流电整流成直流电。
(1)半波整流电路
半波整流电路见图2-3-2。其中B1是电源变压器,D1是整流二极管,R1是负载。B1二次为正弦波电压,其方向和幅值随时间变化,其波形如图2-3-3(a)所示。从0到的周期是该电压的正半周。此时,B1的上次级端为正,下次级端为负,二极管D1正向导通,电源电压施加到负载R1,电流流过负载R1。 ~ 2周期为该电压的负半周。此时B1的上次级端为负,下次级端为正。二极管D1反向关断,没有电压施加到负载R1,也没有电流流过负载R1。在2 ~ 3、3 ~ 4等后续周期重复上述过程,使电源负半周的波形被“削波”,得到一个单向电压,如图2-3-3(b)所示。因为用这种方法得到的电压波形仍然随时间变化,我们称之为脉动DC。
设B1的二次电压为e,理想状态下负载R1两端的电压可由下式得到:
整流二极管D1的反向峰值电压为:
由于半波整流电路只利用电源的正半周,所以电源的利用效率很低,所以半波整流电路只在高电压、小电流等少数情况下使用,在一般电源电路中很少使用。
(2)全波整流电路
由于半波整流电路效率低,人们很自然地想到利用电源的负半周,于是就有了全波整流电路。全波整流的电路图见图2-3-6。与半波整流电路相比,全波整流电路采用了整流二极管D2,变压器B1的次级还增加了一个中心抽头。该电路本质上是两个半波整流电路的组合。在0 ~ 期间,B1的上次级端为正,下次级端为负,D1为正,电源电压施加在R1上。R1的上次级端为正,下次级端为负,其波形如图2-3-7(b)所示,其电流流向如图2-3-8所示。 ~ 2期间,B1的上次级端为负,下次级端为正,D2为正,电源电压加在R1上。R1两端的电压仍然是上端为正,下端为负。其波形如图2-3-7(c)所示,其电流流向如图2-3-9所示。在随后的2 ~ 3、3 ~ 4等循环中重复上述过程,使电源的正负电压在D1、D2中整流,然后在a
由于全波整流电路需要专用变压器,制作起来比较麻烦,于是出现了桥式整流电路。这个整流电路使用了一个普通的变压器,但是比全波整流器多使用了两个整流二极管。因为四个整流二极管以桥的形式连接,所以这种整流电路称为桥式整流电路。
从图2-3-13可以看出,在电源的正半周,B1的上副边端为正,下副边端为负,整流二极管D4和D2导通,电流从变压器B1的上副边端通过D4、R1、D2返回到变压器B1的下副边端;从图2-3-14可以看出,在电源的负半周,B1次级的下端为正,上端为负,整流二极管D1和D3导通,电流从变压器B1次级的下端通过D1、R1、D3返回到变压器B1的上端。R1两端的电压总是正负的,其波形与全波整流的波形一致。
设B1的二次电压为e,理想状态下负载R1两端的电压可由下式得到:
整流二极管D1和D2承受的反向峰值电压如下:
桥式整流电路每个整流二极管中流过的电流是负载电流的一半,与全波整流相同。通常,桥式整流电路被简化成图2-3-17所示的形式。
(4)倍压整流电路
上述三种整流电路的输出电压都小于输入交流电压的有效值。如果输出电压大于输入交流电压的有效值,可以使用倍压电路,如图2-3-18所示。从图2-3-19可以看出,在电源的正半周,变压器B1的上次级端为正,下次级端为负,D1导通,D2关断,C1通过D1充电。充电后,C1两端的电压接近B1二次电压的峰值,方向向左为正,向右为负。从图2-3-20可以看出,在电源的负半周,变压器B1的二次上端为负,下端为正,D1关断,D2导通,C2通过D1充电。充电后,C2两端电压接近C1两端电压与B1二次电压峰值之和,方向下端为正,上端为负。由于负载R1与C1并联,当R1足够大时,R1两端的电压接近B1次级电压的两倍。
还有另一种方法画出倍压整流电路,如图2-3-21所示。其原理与图2-3-18完全相同,只是表达方式不同。
倍压电路也可以很容易地扩展为n电压电路,具体电路如图2-3-22所示。
滤波电路
交流电经整流后产生脉动DC,这种DC电源由于交流纹波大,不能直接用作电子电路的电源。滤波电路可以大大减少这种交流纹波成分,使整流电压波形更加平滑。
(1)电容滤波电路
电容滤波的电路图如图2-3-23所示。电容滤波电路利用电容的充放电原理来达到滤波的效果。在脉动DC波形的上升段,电容C1充电,充电时间常数很小,所以充电速度很快;在脉动DC波形的下降段,电容器C1放电,由于放电时间常数大,放电速度很慢。当C1还没有完全放电时,再次开始充电。这样,通过电容C1的反复充放电来实现滤波效果。滤波电容器C1两端的电压波形见图2-3-24(b)。
选择滤波电容时,需要满足以下条件:
(2)电感滤波电路
电感滤波器的电路图见图2-3-26。电感滤波电路是利用电感的反电动势来达到滤波的效果,电感越大,滤波效果越好。电感滤波电路具有良好的负载能力,常用于负载电流较大的场合。
(3)RC滤波电路
RC滤波电路由两个电容和一个电阻组成,也称为型RC滤波电路。如f中所示
当需要滤波效果时,可以通过增加滤波电容的容量来提高滤波效果。但由于电容体积的限制,不可能无限增加滤波电容的容量,所以可以采用有源滤波电路。其电路形式如图2-3-29所示,其中电阻R1是晶体管T1的基极偏置电流电阻,电容C1是晶体管T1的基极滤波电容,电阻R2是负载。这个电路实际上是通过晶体管T1的放大将C1的电容放大了倍,相当于接了一个( 1)C1的电容进行滤波。
在图2-3-29中,C1可以从几十微法到几百微法选择;R1可以从几百欧姆到几千欧姆选择,具体数值可以根据T1的值来确定。如果beta值较高,R的可取值稍大,只要保证T1的集电极-发射极电压(UCE)大于1.5V即可,在选择T1时,需要注意的是,耗散功率PCM必须大于UCEI,如果工作时产生的热量较大,则需要增加散热片。
有源滤波电路属于二级滤波电路,前一级要有电容滤波等滤波电路,否则不能正常工作。
整流滤波电路概述
(1)常用整流电路的性能比较
注:u是负载两端的电压;I是负载的当前值;e为整流二极管的压降,一般为0.7V。
(2)常见无源滤波电路的性能比较
(3)容性滤波电路输出电流与滤波电容的关系。
(4)常用整流滤波电路计算表
审计唐子红









