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直流稳压电源是将交流电变换成功率较小的直流电的电路,一般由降压、整流、滤波和稳压等几部分组成(见图16-1)。整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压;滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分,使之成为平滑的直流电压;稳压电路的作用是输入交流电源电压波动、负载和温度变化时,维持输出直流电压的稳定。
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电脑开关电源制作及工作原理
直流稳压电源的组成
直流稳压电源是将交流电变换成功率较小的直流电的电路,一般由降压、整流、滤波
和稳压等几部分组成(见图 16-1)。整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压;
滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分,使之成为平滑的直流电压;稳压电
路的作用是输入交流电源电压波动、负载和温度变化时,维持输出直流电压的稳定。
图 16-1 直流稳压电源组成
桥式整流电路
图 为桥式整流电路,图中
、
、
、
四只整流二极管接成电桥形式,故称
为桥式整流。
1.工作原理和输出波形
设变压器二次电压 ,波形如电压、电流波形图所示。在 u
的正
半周,即 点为正, 点为负时,
、
承受正向电压而导通,此时有电流流过
,电流
路径为
,此时
、
因反偏而截止,负载
上得到一个半波电压,如
电压、电流波形图中的 ~ 段所示。若略去二极管的正向压降,则 u
u
。
电压、电流波形在 u
的负半周,即 点为负 点为正时,
、
因反偏而截止,
、
正偏而导通,此时有电流流过
,电流路径为
。这时
上得到
一个与 ~ 段相同的半波电压如电压、电流波形图中的 ~ 段所示,若略去二极管的
正向压降,u
O
≈u
。
由此可见,在交流电压 u
的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻 ,故
上
得到单方向全波脉动的直流电压。可见,桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压
的两倍,所以桥式整流电路输出电压平均值为 u
O
U
。桥式整流电路中,由
于每两只二极管只导通半个周期,故流过每只二极管的平均电流仅为负载电流的一半,在
u
的正半周,
、
导通时,可将它们看成短路,这样
、
就并联在 u
上,其承受的反
向峰值电压为
。
同理,
、
导通时,
、
截止,其承受的反向峰值电压
也为 。二极管承受电压的波形如电压、电流波形图所示。
由上图可见,在交流电压
的整个周期始终有同方向的电流流过负载电阻
,故
上
得到单方 向全波脉动的直流电压。可见,桥式整流电路输出电压为半波整流电路输出电压
的两倍。桥式整流电路与半波整流电路相比较,其输出电压
提高,脉动成分减小了。
2.参数估算
输出电压的平均值
流过二极管的平均电流
二极管承受的反向峰值电压
滤波电路
整流电路将交流电变为脉动直流电,但其中含有大量的交流成分(称为纹波电压)。
应在整流电路的后面加接滤波电路,滤去交流成分。
1.电容滤波
(1)电路和工作原理
设电容两端初始电压为零,并假定 时接通电路,u
为正半周,当 u
由零上升时,
、
导通, 被充电,同时电流经
、
向负载电阻供电。忽略二极管正向压降和变
压器内阻,电容充电时间常数近似为零,因此 u
u
,在 u
达到最大值时,u
也达到最
大值,然后 u
下降,此时,u
u
,
、
截止,电容 向负载电阻 放电,由于放电时
间常数 !
一般较大,电容电压 按指数规律缓慢下降,当下降到"u
" u
时,
、
导通,电容 再次被充电,输出电压增大,以后重复上述充放电过程。其输出电压波形近
似为一锯齿波直流电压。
图 桥式整流滤波简化电路
(2)波形及输出电压
空载时即负载电阻为无穷大: ;带负载时:
通常取 , 越大 越大,为了获得良好的滤波效果。
图 16-4 整流电压输出波形和二极管电流波形
2.其他形式滤波电路
()电感滤波电路
电路如图 所示,电感 起着阻止负载电流变化使之趋于平直的作用。直流分量被
电感L 短路,交流分 量主要降在 L 上 ,电感越大,滤波效果越好。一般电感滤波电路只
使用于低电压、大电流的场合。
(2)π 型滤波
为了进一步减小负载电压中的纹波可采用 型 滤波电路见图 。由于 C
、C
对交流容抗小,而电感对交流阻抗很大,因此,负载
上的纹波电压很小。
u
R
+
C
u
+
-
+
-
稳压电路
16.4.1 并联稳压电路
调整管并与负载并联的稳压电路,称为并联型晶体管稳压电路。硅稳压二极管稳压电
路的电路图如图 16-7 所示。
它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的,由于反向特性陡直,较大的电流变化,
只会引起较小的电压变化。
1.当输入电压变化时如何稳压
根据电路图 # 可知:
输入电压
$
的增加,必然引起
的增加,即
%
增加,从而使 $
%
增加,$
增加,使
增加,
从而使输出电压
减小。这一稳压过程可概括如:
V
$
&V
&V
%
&I
%
&I
&V
&V
'
这里
减小应理解为,由于输入电压 $
的增加,在稳压二极管的调节下,使
的增加
没有那么大而已。
还是要增加一点的,这是
一个有差调节系统。
2.当负载电流变化时如何稳压
负载电流 $
的增加,必然引起 $
的增加,图 #硅稳压二极管稳压电路
即
增加,从而使
%
减小,$
%
减小。$
%
的减小必然使 $
减小,
减小,从而使输出电
压
增加。这一稳压过程可概括如下:
I
&I
&V
&V
%
'(V
')→I
%
'I
'V
'V
&
稳压二极管的缺点是工作电流较小,稳定电压值不能连续调节。
16.4.2 线性串联型稳压电路
1.线性串联稳压电源原理
采用三极管作为调整管并与负载串联的稳压电路,称为串联型晶体管稳压电路;当调
整管工作在线性放大状态则称为线性稳压器。线性串联稳压电源的工作原理可用图 ( 来
说明。显然,
$
,当
$
增加时,受控制而增加,使
增加,从而在一定程度上
抵消了
$
增加对输出电压的影响。若负载电流 $
增加, 受控制而减小,使
减小,从而
在一定程度上抵消了因 $
增加,使
$
减小,对输出电压减小的影响。
图 16-8 线性串联稳压电源的工作原理 图 16-9 串联型稳压电路
2.实际串联稳压电路组成
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