直流稳压电源 电路工作原理及参数计算介绍

图10.1.5   单相全波整流电路
    (a)电路图                     (b)波形图
根据图10.1.5（b）可知，全波整流电路的输出，与桥式整流电路的输出相同。输出平均电压为

 
 
单相全波整流电路的脉动系数S与单相桥式整流电路相同。

单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。
注意：整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对:
输入（交流）—用有效值或最大值；
输出（交直流）—用平均值；
整流管正向电流—用平均值；
整流管反向电压—用最大值。
10.2 滤波电路
一、电容滤波电路
 1. 电容滤波电路
1)滤波的基本概念
     滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。
 2）电容滤波电路
     现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图15.06所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。

图10.2.1  单相桥式电容滤波整流电路

  3)滤波原理
      若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦形。
             

图10.2.1   桥式整流、电容滤波
时的电压、电流波形

当v2到达90°时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过90°时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90°时二极管仍然导通。在超过90°后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。
所以，在t1到t2时刻，二极管导电，Ｃ充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波过程见上图10.2.1。

图10.2.2  RLC不同时VO的波形

需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移， t2点要左移，
二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通角增加。显然，当ＲL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，见图10.2.2滤波曲线中的2。反之，当ＲL很大，即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。
4)电容滤波的计算
    电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：
    一种是用锯齿波近似表示，即
   另一种是在RLC=(3~5)T/ 2的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足wRLC≥6~10。）
5）外特性
整流滤波电路中，输出直流电压VL随负载电流 IO的变化关系曲线如图10.2.3所示。
          

图10.2.3 纯电阻和电容滤波电路的输出特性

二、电感滤波电路
利用储能元件电感器Ｌ的电流不能突变的性质，把电感Ｌ与整流电路的负载ＲL相串联，也可以起到滤波的作用。电感滤波电路如图10.2.3所示。电感滤波的波形图如图10.2.4所示。

 
图10.2.3  电感滤波电路               图10.2.4  电感滤波的波形图
当v2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后v2。当负半周时，
电感中的电流将经由D2、D4提供。因桥式电路的对称性，和电感中电流的
连续性，四个二极管D1、D3 ； D2、D4的导通角都是180°。