整流滤波电路的设计

以下主要讨 论线性稳压 电路。
开关型 稳压电路
效率较高，目前 用的也比较多， 但因学时有限， 这里不做介绍。
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二. 稳压电路的主要性能指标
(1)稳压系数 S（越小越好）
稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的 影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变 化量与输入电压的相对变化量之比。
S UO UI
输出电阻RO：
rz UI R rz UO
u2
只有整流电路输出 电压大于uc时，才 有充电电流。因此 二极管中的电流是 uo 脉冲波。
S uo
RL
t
二极管中的 电流
t 6
u1 u1
D4 u2
D1
S
D3
C
D2
RL
b
RL接入（且RLC较大）时
u2 电容充电时，
电容电压滞后
于u2。
RLC越小，输
uo
出电压越低。
uo
t t7
2．电容滤波的主要参数
因为滤波的过程中含有正弦波、指数曲线及谐
波成分，一般很难用精确的数学表达式进行计算， 所以一般使用中多采用近似估算来确定其参数。
输出电压可以近似看成 锯齿波，如图所示。
设uc每次充电到峰值
Uomax= 2 U2后按RLC放电的
初始斜率线性下降，经过
τ=RLC放电结束交于横轴；
并令在
T 2
（T为正弦波周
UOmin 2

UOmax ( 1
T 4RLC
)
即： UO(AV)
2U2 (
1
T 4RLC
)
Io(AV)= Uo(AV)/RL 9
脉动系数S：采用近似波形计算。
以（Uomax－Uomin）为基波峰-峰值，则
UOmax UOmin 2

T 4RLC UOmax
S
T 4RLC
U Omax
R
IZmax
+ IR IZ
UI
DZ
IZ + UO
RL -
-
28
i
从稳压管的特性可知，在电
路中若能使稳压管始终工作
UZ
在稳压区内，即：使稳压管
IZmin
u 的电流IZ满足条件： IZmin≤ IZ≤ IZmax,则输出电
压UO基本上保持不变，约为
IZmax
UZ。
所以稳压二极管的稳压作用是利用稳压管中
uo
t
加入滤波电容
时的波形
无滤波电容
时的波形4
t
uo
t
u2下降， u2小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。
u2上升, u2大于电容 上的电压uc,u2对电容充电，
电容C通过RL放电， uc按指数
规律下降，时间常数 = RL C
uo= uc u2
5
u1 u1
D4
u2
D1
D3
C
D2 b
以上过程是利用 IR IZ IO 关系中，使
IZ IO，使IR基本不变而实现UO的稳定。
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2、稳压管稳压电路的性能指标
稳压管稳压电路的性能指标主要有稳压系数Sr、 输出电阻RO、电压调整率、电流调整率、最大纹波
电压、温度系数等。主要了解前两个。
Sr定义为：在负载固定时稳压电路输出电压相对变 化量与输入电压相对变化量之比。
当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压:
Uo(AV)≈0.9U2
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三、其他形式的滤波电路
改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如： RC– 型滤波电路：在电容滤波后再接一级RC滤
波电路。 L-C 型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。 LC – 型滤波电路：在电容滤波后面再接L-C 型
滤波电路。
期）处为电容充放电转换时的电压值Uomin。
则：
UO(
AV
)

U Omax
UOmin 2
8
由相似三角形关系可得：
T
UOmax UOmin 2
U Omax
RLC
U Omax
UOmin 2

T 4RLC UOmax
则：
UO(
AV
)

U Omax
UOmin 2

UOmax

UOmax
性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。
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１. RC – 型滤波器
改善滤波特性的方法：采取多级滤波
RC – 型滤波器
R
u1
u2
uo1´
C1
C2
RL uo
16
u1
u2
R
uo1´
C1
C2
RL uo
uo的交流分量的基波的幅值：
Uo1m

R
RL //( jX C 2 ) RL //( jX C
效为如图形式，rz为稳压管的动态电阻。
限流电阻
R
R
+ IR
IZ
UI
DZ
-
IO
+
RL
UO
-
+
UI
rz
-
+
RL
UO
- 33
脉动系数Sr：
UO rz // RL rz UI R rz // RL R rz
+
(R>> rz) UI
-
R
rz
+
RL
UO
-
∴ Sr=(ΔUO/ΔUI)(UI/UO)
)T
近似估算: Uo(AV)≈1.2U2
(b) 流过二极管瞬时电流很大
RLC 越大 Uo越高负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大
(c) 二极管承受的最高反向电压：U RM 2U 2
(d) 滤波电容应选用耐压>1.1 2U 2 的电解电容。
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由UO(AV)的表达式可看出，C越大， UO(AV)也越 大，IO(AV)也会增大，而整流管的通电时间却越短， 整流管的导通电流加大，如果C太大则初始充电时 间要长，整流管中通过的冲击电流时间加长，长时 间会影响整流管使用寿命。所以一般选择整流管时
uo的脉动系数S与uo1的脉动系数S´的关系：
S Uo1m
1
U'o1m
1
S'
Uo 1 2LC U'o 1 2LC
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３、LC – 型滤波电路
u1
u2
L
uo1
C1
C2 RL uo
显然， LC – 型滤波电路输出电压的脉动系 数比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由 于在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波 时，提高了输出电压。
请自行分析LC – 型滤波电路的输出
电压和脉动系数等基本参数。
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四． 倍压整流电路
利用滤波电容的充放电作用，将多个电容和二极 管组合可获得倍数于变压器附边电压的输出电压。
1、二倍压整流电路
u2的正半周时：D1导通，
– uo + D2截止，理想情况下，电
C2
容C1的电压：
a –+
UC 1 2U2
u1
u2D1 –+
b
D2
u2的负半周时：D2导通， D1截止，理想情况下，电
容C2的电压：
C1
UC2 U2 UC1 2 2U2
输出端的电压：UO UC2 2 2U2 即二倍压电压。 22
2、多倍压整流电路
+C21U–2 C3
C5
u1
u2D1
D3 D2
D4
D5 D6
+C2– C4
2
)
U'o1m
1
U o1m

RL R RL

(R //
C2
RL
)2

(1
C2
)2
U'o1m
17
1
U o1m

RL R RL

(R
//
C2
RL )2
(1
C2
)2
U'o1m
通常选择滤波元件的参数使得：
1
C2

(R // RL )
U o1m

RL R RL

C2
(
1 R
//
Uo1m

jX
RL L
//( jX C ) RL //( jX
C
)
U'o1m
19
Uo1m

jX
RL L
//( jX C ) RL //( jX
C
)
U'o1m
通常选择滤波元件的参数使得：
1
C
RL
U o1m
jX L
jX C jX C
U'o1m

1
1 2LC
U'o1m

T

1
UOmax ( 1
T 4RLC
)
4RLC T
4RLC 1 T
实际uo的波动没有近似波形误差大，故实际S比 计算值要小。
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(a) 输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关
RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大
一般取


RLC

(3
~
5
)T 2

( 1.5
~
2.5
C6
2 2U2
u2的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路，C1