電源電路中變壓整流濾波電路詳解

1、基礎(chǔ)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(jìn)行穩(wěn)壓，最終成為穩(wěn)定的直流電源。這個(gè)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(duì)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(jí)電路的電壓。 電源變壓 器由初級(jí)繞組、 次級(jí)繞組和鐵芯組成。 初級(jí)繞組用來輸入電源交流電壓， 次級(jí)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(jí)的交流電轉(zhuǎn)化成鐵芯的閉合交變磁場(chǎng)， 磁場(chǎng)的磁力線切割次級(jí)線圈產(chǎn)生交 變電動(dòng)勢(shì)。次級(jí)接上負(fù)載時(shí)，電路閉合，次級(jí)電路有

2、交變電流通過。變壓器的電 路圖符號(hào)見圖 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(jí)電路， 這個(gè)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(xiàng)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下圖。其中 B1 是電源變壓器， D1是整流二極管， R1是負(fù) 載。B1次級(jí)是一個(gè)方向和大小隨時(shí)間變化的正弦波電壓，波形如圖2 所示。0 期間是這個(gè)電壓的正半周，這時(shí) B1 次級(jí)上端為正下端為負(fù)，二極管 D1 正向 導(dǎo)通，電源電壓加到負(fù)載 R1上，負(fù)載 R1 中有電流通過； 2 期間是這個(gè)電 壓的負(fù)半周，這時(shí)B1次級(jí)上端為負(fù)下端為正

3、， 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 2 3、 3 4 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(gè)單一方向的電壓， 波形如圖 3 所示。由于這樣得到的電壓波形大小還是隨時(shí)間變化， 我們稱其為脈 動(dòng)直流。圖 2 半波整流電路圖圖 3 半波整流波形圖設(shè) B1 次級(jí)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

4、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 4。相對(duì)半波整流電路， 全波整流電路多用了一個(gè)整流二極管 D2，變壓器 B1 的次級(jí)也增加了一個(gè)中心抽 頭。這個(gè)電路實(shí)質(zhì)上是將兩個(gè)半波整流電路組合到一起。在0 期間 B1 次級(jí)上端為正下端為負(fù)， D1正向?qū)ǎ?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 5所示，其電流流向如圖 6所示；在 2 期間 B1次 級(jí)上端為負(fù)下端為正， D2正向?qū)ǎ?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 5 所示，其電流流向如圖 7 所示。在

5、 2 3、 3 4 等后續(xù)周期中重復(fù)上述過程，這樣電源正負(fù)兩個(gè)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 5 所圖 4 全波整流電路圖圖 5 全波整流波形圖圖 6 全波整流電路電流流向圖圖 7 全波整流電路電流流向圖設(shè) B1 次級(jí)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(gè)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

6、器， 但是比全波整流多用了兩個(gè)整流二 極管。由于四個(gè)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。圖 8 橋式整流電路圖由圖 9 可以看出在電源正半周時(shí)， B1次級(jí)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(jí)上端經(jīng)過 D4、 R1、D2回到變壓器 B1 次級(jí)下 端；由圖 10 可以看出在電源負(fù)半周時(shí)， B1次級(jí)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(jí)下端經(jīng)過 D1、R1、D3回到變壓器 B1次 級(jí)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(shí)一致。圖 9 橋式整流電路電流流向圖圖 10 橋式整流電路電

7、流流向圖設(shè) B1 次級(jí)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(gè)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(jiǎn)化成圖 11 的形式。圖 11 橋式整流簡(jiǎn)化電路圖（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(shí)可以采用倍壓電路， 見圖 12。由圖 13 可知， 在電源的正半周，變壓器 B1 次級(jí)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(jí)電壓峰值

8、，方向?yàn)樽蠖苏叶素?fù)； 由圖 14 可知，在電源的負(fù)半周，變壓器 B1 次級(jí)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(jí)電壓 峰值之和，方向?yàn)橄露苏隙素?fù)。由于負(fù)載 R1與 C1 并聯(lián)，當(dāng) R1 足夠大時(shí)， R1 兩端的電壓即為接近 2倍 B1次級(jí)電壓。圖 12 二倍壓整流電路圖圖 14 二倍壓整流電流流向圖二倍壓整流電路還有另外一種形式的畫法，見圖 15，其原理與圖 12 完全一 致，只是表現(xiàn)形式不一樣。圖 15 二倍壓整流電路圖（另一種形式）圖 16 n 倍壓整流電路圖3、濾波電路交流電經(jīng)過整流后得到的是脈動(dòng)直流，這樣的

9、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 17，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(dòng)直流波形的上升段，電容 C1充電，由于充電時(shí)間常數(shù)很小，所以充 電速度很快； 在脈動(dòng)直流波形的下降段， 電容 C1 放電，由于放電時(shí)間常數(shù)很大， 所以放電速度很慢。在 C1還沒有完全放電時(shí)再次開始進(jìn)行充電。這樣通過電容 C1的反復(fù)充放電實(shí)現(xiàn)了濾波作用。濾波電容 C1兩端的電壓波形見圖 18。圖 18 電容濾波電路波形圖選擇濾波電容時(shí)需要滿足下式的條件：（ 2）

10、電感濾波電路電感濾波電路圖見圖 19。電感濾波電路是利用電感對(duì)脈動(dòng)直流的反向電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)合。（3）RC濾波電路使用兩個(gè)電容和一個(gè)電阻組成 RC濾波電路，又稱 型 RC濾波電路。見圖 20 所示。這種濾波電路由于增加了一個(gè)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(huì)造成壓降過大，減小了輸出電壓。一 般 R1 應(yīng)遠(yuǎn)小于 R2。圖 20 RC 濾波電路（4）LC濾波電路與 RC濾波電路相對(duì)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

11、濾波電路帶負(fù)載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。其電路圖見圖21。（5）有源濾波電路 當(dāng)對(duì)濾波效果要求較高時(shí)， 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(shí)可以使用有源濾波 電路。其電路形式見圖 22，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(gè)電路實(shí)際上是通過三極管 T1 的放大作用，將 C1 的容量放大 倍，即相當(dāng)于接入一個(gè)（ +1） C1的電容進(jìn) 行濾波。圖 22 有源濾波電路圖 22 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 值確定， 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(shí)要注意耗散功率 PCM必須大于 UCEI， 如果工作時(shí)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(jí)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(duì)照I 為負(fù)載上電流值；e 為整流二極管壓降，一般取注： U為負(fù)載兩端電壓值；0.7V