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基于桥式整流电路稳压源设计 郑挺挺 浙江科技学院信息与电子工程学院,杭州市 310012摘要:整流稳压电源是所有电子设备的重要组成部分,它的基本任务是将电力网交流电压变换为电子设备所需要的稳定的直流电源电压。
桥式整流电路又是常用来将交流电转变为直流电,它是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路。
于是就用桥式整流电路和滤波电路稳压电路来达到稳压作用。
关键词:桥式整流;滤波;稳压 Stable Voltage Source Based On Bridge Rectifier Circuit Zheng Ting ting School of Information and Electronic Engineering Zhejiang University of Science and Technology Hangzhou 310012Abstract: Rectifier stable voltage source is an important part in all electronic devices. Its basic function is totransform AC voltage to a stable DC voltage. Then these electronic devices can work. Bridge rectifier circuit isused to transforming AC voltage to DC voltage. It uses the diode’s one-way conduction to rectifie the voltage. So Iused Bridge rectifier circuit and filter circuit to make a stable voltage source.Key words: Bridge rectifier Filter Stable voltage介绍 整流稳压电源是所有电子设备的重要组成部分,它的基本任务是将电力网交流电压变换为电子设备所需要的稳定的直流电源电压。
直流电源的一般组成如图 1 所示。
其中变压器是将电网电压220V、50Hz变换为所需的交流电压;整流是将变压器次级交流转换为单向脉动直流;滤波是将整流后的波纹滤除。
图 1 直流稳压电源结构图和稳压过程1 方法1.1 桥式整流 桥式整流电路如图 2 所示,图中 B 为电源变压器,它的作用是将交流电网电压 e1 变成整流电路要求的交流电压,RL 是要求直流供电的负载电阻,四只整流二极管 D1~D4 接成电桥的形式,故有桥式整流电路之称。
图 2 a e2 正半周时电流通路 (b)e2 负半周时电流通路 桥式整流电路的工作原理可分析如下。
为简单起见,二极管用理想模型来处理,即正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。
在 e2 的正半周,电流从变压器副边线圈的上端流出,只能经过二极管 D1 流向 RL,再由二极管 D3 流回变压器,所以 D1、D3 正向导通,D2、D4 反偏截止。
在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。
其电流通路可用图 2(a)中虚线表示。
在 e2 的负半周,其极性与图示相反,电流从变压器副边线圈的下端流出,只能经过二极管 D2 流向 RL,再由二极管 D4 流回变压器,所以 D1、D3 反偏截止,D2、D4 正向导通。
电流流过 RL 时产生的电压极性仍是上正下负,与正半周时相同,其电流通路如图 2(b)中虚线表示。
综上所述,桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性,将四个二极管分为两组,根据变压器副边电压的极性分别导通,将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连,负极性端与负载电阻的下端相连,使负载上始终可以得到一个单向的脉动电压。
根据上述分析,可得桥式整流电路的工作波形如图 3。
由图可见,通过负载 RL 的电流iL 以及电压 uL 的波形都是单方向的全波脉动波形。
图 3 桥式整流电路工作波形 桥式整流电路的优点是输出电压高,纹波电压较小,管子所承受的最大反向电压较低,同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载,电源变压器得到了充分的利用,效率较高。
因此,这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。
1.2 电感滤波原理 图 4 电感滤波电路 电感滤波电路图如图 4。
电感滤波电路利用电感器两端的电流不能突变的特点,把电感器与负载串联起来,以达到使输出电流平滑的目的。
从能量的观点看,当电源提供的电流增大(由电源电压增加引起)时,电感器 L 把能量存储起来;而当电流减小时,又把能量释放出来,使负载电流平滑,所以电感 L 有平波作用。
桥式整流电路电感滤波优点:整流二极管的导电角大,峰值电流小,输出特性较平坦。
桥式整流电路电感滤波缺点:存在铁心,笨重、体积大,易引起电磁干扰,一般只适应于低电压、大电流的场合。
1.3 电容滤波原理 滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波,一般由电抗元件组成,如在负载电阻两端并联电容器 C,或与负载串联电感器 L,以及由电容,电感组成而成的各种复式滤波电路。
电容器是一个储存电能的仓库。
在电路中,当有电压加到电容器两端的时候,便对电容器充电,把电能储存在电容器中;当外加电压失去(或降低)之后,电容器将把储存的电能再放出来。
充电的时候,电容器两端的电压逐渐升高,直到接近充电电压;放电的时候,电容器两端的电压逐渐降低,直到完全消失。
电容器的容量越大,负载电阻值越大,充电和放电所需要的时间越长。
这种电容带两端电压不能突变的特性,正好可以用来承担滤波的任务。
图 5 电容滤波电路 电容滤波电路如图 5。
在二极管导通期间,e2 向负载电阻 Rfz 提供电流的同时,向电容器 C 充电,一直充到最大值。
e2 达到最大值以后逐渐下降;而电容器两端电压不能突然变化,仍然保持较高电压。
这时,D 受反向电压,不能导通,于是 Uc 便通过负载电阻 Rfz 放电。
由于 C 和 Rfz 较大,放电速度很慢,在 e2 下降期间里,电容器 C 上的电压降得不多。
当 e2 下一个周期来到并升高到大于 Uc 时,又再次对电容器充电。
如此重复,电容器 C 两端(即负载电阻 Rfz:两端)便保持了一个较平稳的电压,在波形图上呈现出比较平滑的波形。
电容充电时间常数为 rDC,因为二极管的 rD 很小,所以充电时间常数小,充电速度快;RLC为放电时间常数因为 RL 较大,放电时间常数远大于充电时间常数,因此,滤波效果取决于放电时间常数。
电容 C 愈大,负载电阻 RL 愈大,滤波后输出电压愈平滑,并且其平均值愈大。
2 结果整流稳压电路图如图 6 所示。
图 6 整流稳压电路电流进来先进过桥式整流电路接着用电容滤波电路来滤波最后用稳压电路来使电压稳定。
引起电压不稳定的原因: 交流电源电压的波动,负载电流的变化。
当 UI 增大时导致 UO 增大因为 UOUDZ 所以 IZ 增大所以 UR 也是增大的这样抵偿 UI 的增加使 UO 保持近似不变3 讨论电感和电容的滤波有什么不同?电感隔交通直,电容隔直通交。
电感是滤高频,电容滤低频。
电感的阻抗与频率成正比电容的阻抗与频率成反比.所以电感可以阻扼高频通过电容可以阻扼低频通过.二者适当组合就可过滤各种频率信号.如在整流电路中将电容并在负载上或将电感串联在负载上可滤去交流纹波.电容滤波属电压滤波,是直接储存脉动电压来平滑输出电压,输出电压高,接近交流电压峰值;适用于小电流,电流越小滤波效果越好。
电感滤波属电流滤波,是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流,输出电压低,低于交流电压有效值;适用于大电流,电流越大滤波效果越好。
电容和电感的很多特性是恰恰相反的4 结论 先用桥式整流装置交流电转变为直流电,但由于整流装置把交流电转变为直流电,但整流后的波形还不是标准的直流电,还包含有相当的交流成份,这种直流电仅能用于对电源电压要求不高的设备中。
但有些设备诸如电子仪表、自动控制等电路,要求直流脉动的成份非常小。
所以,为了满
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