【模电笔记】—— 直流稳压电源——整流、滤波电路
Tips:本章节笔记建议读者综合学习,内容较多,可谓是模电相当重要的部分,因此部分知识点没有做到详细解释。
一、直流稳压电源的组成及技术指标
1.组成部分
(1)电源变压器:将电网电压降为所需要合适的交流电压值。
(2)整流电路:把变压后的交流电压变换成单方向脉动的直流电压。
(3)滤波电路:滤除单向脉动电压中的纹波,得到较平滑的直流电压。
(4)稳压电路:消除电网电压波动及负载变化的影响,使输出电压保持稳定。
注:一般允许电网电压波动±10%, 且负载是限制在一定范围内。
2.主要技术指标
(1)稳压系数 :负载电流和环境温度不变时,稳压电路输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比。
。
表明电网电压波动时电路的稳压性能,数值越小,输出电压稳定性越好。
(2)输出电阻 :输入电压、环境温度不变时,输出电压变化量与输出电流变化量之比。
。
反映了负载电流变动时,稳压电路保持输出电压稳定的能力,数值越小,带负载能力越强。
(3)温度系数 :输入电压和输出电流不变时,环境温度变化所引起的输出电压的变化。
(
为漂移电压)。
越小,漂移越小,电路受温度影响越小。
(4)纹波电压:稳压电路输出端中含有的交流分量。
(5)纹波系数:纹波电压有效值与直流分量的绝对值之比,其值越小,直流稳压电源质量越好。
二、整流电路
再次说明,整流电路输出的电压是单方向脉动的直流电压。
1.单相半波整流电路
(1)工作原理(假设变压器副边电压有效值为,同原理图所示)
(2)输出电压平均值和输出电流平均值
(3)二极管的选择
考虑到电网电压波动范围为±10%,二极管的极限参数应满足:
2.单相桥式整流电路(全波整流电路)
(1)工作原理
集成的桥式整流电路称为整流堆。
(2)输出电压平均值和输出电流平均值
(3)二极管的选择(同单相整流电路)
考虑到电网电压波动范围为±10%,二极管的极限参数应满足:
三、滤波电路
作用是滤除整流电路中的脉动成分,一般由电抗元件组成。以下是几种常见的滤波电路。
1.电容滤波电路
(1)工作原理
① 处于正半周且
(电容两端电压)时,
导通,电流向电容C充电,
至
(对应曲线ab段,
很小);
② 至最大值后↓ ,电容C放电,
(与
基本相同,对应曲线bc段);
③一定值后,因电容是按指数规律放电,即
的速度<
,所以
,
反偏截止,电容C继续放电(对应曲线cd段,
)。
处于负半周且
时,
导通,分析情况类比上述内容。
电容滤波电路的时间常数为,在
一定时,
越大,滤波效果越好。为了得到平滑的负载电压通常取
。
(2)二极管的导通角
无滤波电容时θ=π;有滤波电容时θ < π,且二极管平均电流增大,故其峰值很大。可用下图解释:
注意当θ小到一定程度,二极管的选择就变得困难了。
(3)电容的选择及输出电压平均值的估算
电容C的耐压值应大于1.1;
,其中T为电网交流电压周期,满足该式条件的输出直流电压
,脉动系数为0.1~0.2 。
(4)优缺点
简单易行,高,C 足够大时交流分量较小;不适于大电流负载。
2.电感滤波电路
(1)工作原理
接入电感后,当通过电感线圈的电流↑时,电感线圈产生的自感电动势就会阻止电流↑,并将一部分电流转换为磁能存储在电感中。反之,当电流↓时,电感线圈就会释放储存的能量,以阻止电流↓,这样输出电压就能保持基本不变。
(2)电感线圈对直流量呈现的电抗很小,为电感线圈内阻, ,对交流量的感抗为ωL ,
。
3.复式滤波电路
可获得更好的滤波效果,应注意:电感与负载串联,电容与负载并联。