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[導(dǎo)讀]行業(yè)新聞早知道,點贊關(guān)注不迷路!基本電路:一般直流穩(wěn)壓電源都使用220伏市電作為電源,經(jīng)過變壓、整流、濾波后輸送給穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓,最終成為穩(wěn)定的直流電源。這個過程中的變壓、整流、濾波等電路可以看作直流穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)電路,沒有這些電路對市電的前期處理,穩(wěn)壓電路將無法正常工作。1、...

行業(yè)新聞早知道,點贊關(guān)注不迷路!基本電路:一般直流穩(wěn)壓電源都使用220伏市電作為電源,經(jīng)過變壓、整流、濾波后輸送給穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓,最終成為穩(wěn)定的直流電源。這個過程中的變壓、整流、濾波等電路可以看作直流穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)電路,沒有這些電路對市電的前期處理,穩(wěn)壓電路將無法正常工作。


1、變壓電路


通常直流穩(wěn)壓電源使用電源變壓器來改變輸入到后級電路的電壓。電源變壓器由初級繞組、次級繞組和鐵芯組成。初級繞組用來輸入電源交流電壓,次級繞組輸出所需要的交流電壓。通俗的說,電源變壓器是一種電→磁→電轉(zhuǎn)換器件。即初級的交流電轉(zhuǎn)化成鐵芯的閉合交變磁場,磁場的磁力線切割次級線圈產(chǎn)生交變電動勢。次級接上負(fù)載時,電路閉合,次級電路有交變電流通過。變壓器的電路圖符號見圖2-3-1。



2、整流電路


經(jīng)過變壓器變壓后的仍然是交流電,需要轉(zhuǎn)換為直流電才能提供給后級電路,這個轉(zhuǎn)換電路就是整流電路。在直流穩(wěn)壓電源中利用二極管的單項導(dǎo)電特性,將方向變化的交流電整流為直流電。


(1)半波整流電路


半波整流電路見圖2-3-2。其中B1是電源變壓器,D1是整流二極管,R1是負(fù)載。B1次級是一個方向和大小隨時間變化的正弦波電壓,波形如圖 2-3-3(a)所示。0~π期間是這個電壓的正半周,這時B1次級上端為正下端為負(fù),二極管D1正向?qū)?,電源電壓加到?fù)載R1上,負(fù)載R1中有電流通過;π~2π期間是這個電壓的負(fù)半周,這時B1次級上端為負(fù)下端為正,二極管D1反向截止,沒有電壓加到負(fù)載R1上,負(fù)載R1中沒有電流通過。在 2π~3π、3π~4π等后續(xù)周期中重復(fù)上述過程,這樣電源負(fù)半周的波形被“削”掉,得到一個單一方向的電壓,波形如圖2-3-3(b)所示。由于這樣得到的電壓波形大小還是隨時間變化,我們稱其為脈動直流。




設(shè)B1次級電壓為E,理想狀態(tài)下負(fù)載R1兩端的電壓可用下面的公式求出:



整流二極管D1承受的反向峰值電壓為:



由于半波整流電路只利用電源的正半周,電源的利用效率非常低,所以半波整流電路僅在高電壓、小電流等少數(shù)情況下使用,一般電源電路中很少使用。


(2)全波整流電路


由于半波整流電路的效率較低,于是人們很自然的想到將電源的負(fù)半周也利用起來,這樣就有了全波整流電路。全波整流電路圖見圖2-3-6。相對半波整流電路,全波整流電路多用了一個整流二極管D2,變壓器B1的次級也增加了一個中心抽頭。這個電路實質(zhì)上是將兩個半波整流電路組合到一起。在0~π期間B1次級上端為正下端為負(fù),D1正向?qū)?,電源電壓加到R1上,R1兩端的電壓上端為正下端為負(fù),其波形如圖2-3-7(b)所示,其電流流向如圖2-3-8所示;在π~2π期間B1次級上端為負(fù)下端為正,D2正向?qū)?,電源電壓加到R1上,R1兩端的電壓還是上端為正下端為負(fù),其波形如圖2-3-7(c)所示,其電流流向如圖2-3-9所示。在2π~3π、3π~4π等后續(xù)周期中重復(fù)上述過程,這樣電源正負(fù)兩個半周的電壓經(jīng)過D1、D2整流后分別加到R1兩端,R1上得到的電壓總是上正下負(fù),其波形如圖2-3-7(d)所示。






設(shè)B1次級電壓為E,理想狀態(tài)下負(fù)載R1兩端的電壓可用下面的公式求出:



整流二極管D1和D2承受的反向峰值電壓為:



全波整流電路每個整流二極管上流過的電流只是負(fù)載電流的一半,比半波整流小一倍。


(3)橋式整流電路


由于全波整流電路需要特制的變壓器,制作起來比較麻煩,于是出現(xiàn)了一種橋式整流電路。這種整流電路使用普通的變壓器,但是比全波整流多用了兩個整流二極管。由于四個整流二極管連接成電橋形式,所以稱這種整流電路為橋式整流電路。



由圖2-3-13可以看出在電源正半周時,B1次級上端為正,下端為負(fù),整流二極管D4和D2導(dǎo)通,電流由變壓器B1次級上端經(jīng)過D4、R1、D2回到變壓器B1次級下端;由圖2-3-14可以看出在電源負(fù)半周時,B1次級下端為正,上端為負(fù),整流二極管D1和D3導(dǎo)通,電流由變壓器B1次級下端經(jīng)過 D1、R1、D3回到變壓器B1次級上端。R1兩端的電壓始終是上正下負(fù),其波形與全波整流時一致。




設(shè)B1次級電壓為E,理想狀態(tài)下負(fù)載R1兩端的電壓可用下面的公式求出:



整流二極管D1和D2承受的反向峰值電壓為:



橋式整流電路每個整流二極管上流過的電流是負(fù)載電流的一半,與全波整流相同。通常情況下橋式整流電路都簡化成圖2-3-17的形式。



(4)倍壓整流電路


前面介紹的三種整流電路輸出電壓都小于輸入交流電壓的有效值,如果需要輸出電壓大于輸入交流電壓有效值時可以采用倍壓電路,見圖2-3-18。由圖 2-3-19可知,在電源的正半周,變壓器B1次級上端為正下端為負(fù),D1導(dǎo)通,D2截止,C1通過D1充電,充電后C1兩端電壓接近B1次級電壓峰值,方向為左端正右端負(fù);由圖2-3-20可知,在電源的負(fù)半周,變壓器B1次級上端為負(fù)下端為正,D1截止,D2導(dǎo)通,C2通過D1充電,充電后C2兩端電壓接近C1兩端電壓與B1次級電壓峰值之和,方向為下端正上端負(fù)。由于負(fù)載R1與C1并聯(lián),當(dāng)R1足夠大時,R1兩端的電壓即為接近2倍B1次級電壓。





二倍壓整流電路還有另外一種形式的畫法,見圖2-3-21,其原理與圖2-3-18完全一致,只是表現(xiàn)形式不一樣。



二倍壓電路還可以很容易的擴展為n倍壓電路,具體電路見圖2-3-22。



3、濾波電路


交流電經(jīng)過整流后得到的是脈動直流,這樣的直流電源由于所含交流紋波很大,不能直接用作電子電路的電源。濾波電路可以大大降低這種交流紋波成份,讓整流后的電壓波形變得比較平滑。


(1)電容濾波電路


電容濾波電路圖見圖2-3-23,電容濾波電路是利用電容的充放電原理達(dá)到濾波的作用。在脈動直流波形的上升段,電容C1充電,由于充電時間常數(shù)很小,所以充電速度很快;在脈動直流波形的下降段,電容C1放電,由于放電時間常數(shù)很大,所以放電速度很慢。在C1還沒有完全放電時再次開始進行充電。這樣通過電容C1的反復(fù)充放電實現(xiàn)了濾波作用。濾波電容C1兩端的電壓波形見圖2-3-24(b)。




選擇濾波電容時需要滿足下式的條件:



(2)電感濾波電路


電感濾波電路圖見圖2-3-26。電感濾波電路是利用電感對脈動直流的反向電動勢來達(dá)到濾波的作用,電感量越大濾波效果越好。電感濾波電路帶負(fù)載能力比較好,多用于負(fù)載電流很大的場合。



(3)RC濾波電路


使用兩個電容和一個電阻組成RC濾波電路,又稱π型RC濾波電路。見圖2-3-27所示。這種濾波電路由于增加了一個電阻R1,使交流紋波都分擔(dān)在R1上。R1和C2越大濾波效果越好,但R1過大又會造成壓降過大,減小了輸出電壓。一般R1應(yīng)遠(yuǎn)小于R2。



(4)LC濾波電路


與RC濾波電路相對的還有一種LC濾波電路,這種濾波電路綜合了電容濾波電路紋波小和電感濾波電路帶負(fù)載能力強的優(yōu)點。其電路圖見圖2-3-28。



(5)有源濾波電路


當(dāng)對濾波效果要求較高時,可以通過增加濾波電容的容量來提高濾波效果。但是受電容體積限制,又不可能無限制增大濾波電容的容量,這時可以使用有源濾波電路。其電路形式見圖2-3-29,其中電阻R1是三極管T1的基極偏流電阻,電容C1是三極管T1的基極濾波電容,電阻R2是負(fù)載。這個電路實際上是通過三極管T1的放大作用,將C1的容量放大β倍,即相當(dāng)于接入一個(β 1)C1的電容進行濾波。



圖2-3-29中,C1可選擇幾十微法到幾百微法;R1可選擇幾百歐到幾千歐,具體取值可根據(jù)T1的β值確定,β值高,R可取值稍大,只要保證T1的集電極-發(fā)射極電壓(UCE)大于1.5V即可。T1選擇時要注意耗散功率PCM必須大于UCEI,如果工作時發(fā)熱較大則需要增加散熱片。


有源濾波電路屬于二次濾波電路,前級應(yīng)有電容濾波等濾波電路,否則無法正常工作。


4、整流濾波電路總結(jié)


(1)常用整流電路性能對照



注:U為負(fù)載兩端電壓值;I為負(fù)載上電流值;e為整流二極管壓降,一般取0.7V。


(2)常用無源濾波電路性能對照



(3)電容濾波電路輸出電流大小與濾波電容量的關(guān)系



(4)常用整流濾波電路計算表



END




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