STB10NB20在电子电路中,通常都需要电压稳定的直流电源供电。小功率稳压电源的组成可以用图10.0.1表示,它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路等四部分组成。

               图10.0.1 直流稳压电源结构图和稳压过程

电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值,然后通过整流电路将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波,必须通过滤波电路加以滤除,从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动(一般有±10%左右的波动)、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后,还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时,维持输出直流电压稳定。

当负载要求功率较大、效率高时,常采用开关稳压电源。

本章首先讨论小功率整流、滤波电路和稳压电路,然后介绍三端集成稳压器和开关稳压电源的工作原理。

单相桥式整流电路

整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用,因此二极管是构成整流电路的关键元件。在小功率(1kW以下)整流电路中,常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。本节主要研究单相桥式整流电路和滤波电路。对全波整流电路,希望读者通过习题来掌握。

以下分析整流电路时,为简明起见,二极管用理想模型来处理(见第3章图3.4,2),即正向导通电阻为零,反向电阻为无穷大。

工作原理,电路如图10,1.1a所示,图中Tr为电源变压器,它的作用是将交流电网

单相桥式整流电路图,(a)单相桥式整流电路 (b)简化画法

电压v1变成整流电路要求的交流电压v2=2v2sin ωr,RI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10,1.1b是它的简化画法。整流桥的D1、D2的连接处称共阴极,用“+”标记,即电流从此处流出,D3、D4连接处称共阳极,用“-”标记,其他两点表示接交流电源标记“~”。

在电源电压v2的正、负半周(设a端为正,b端为负时是正半周)内电流通路分别用图10,1,1a中实线和虚线箭头表示。

通过负载RL的电流JI.以及电压rl的波形如图10.1.2所示。显然,它们都是单方向的全波脉动波形。

负载上的直流电压吼和直流电流vL的计算

用傅里叶级数对图10.1.2中uL的波形进行分解后可得

vL=2v2(2÷t-4/3tcos 2wt-4/15tcos 4wt-4/35tcos 6wt…)(10.⒈1)

式中恒定分量即为负载电压vI的平均值,因此有          

vl=2 2v2/t=0.9v2                 (10.1.2)

直流电流为

fL=0.9v2/rl                (10.1.3)

由式(10.1.1)看出,最低次谐波分量的幅值为4 2v2/(3π),角频率为电源频率的两倍,即2ω。其他交流分量的角频率为4ω、6ω、・・・偶次谐波分量。这些谐波分量总称为纹波,它叠加于直流分量之上。常用纹波系数Κγ来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小,即

                  ky=vly/vl             (10.1.4)

式中vLγ为谐波电压总的有效值,它表示为

vly=vl2+vl4+...=v2-vl

单相桥式整流电路电压、电流波形图,式中yL2,yL4为二次、四次谐波的有效值。由式(10.1.2)和式(10.1.4)得出桥小功率整流滤波电路.