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对稳压电路的一些理解 作者：孙瑞涛 傅立叶曾告诉我们：“非正弦波都能由直流分量与基波频率整数倍的正弦分量累加和表示”。有人会觉得正弦波的表达式为什么不由直流分量与非正弦波累加和表示？原因是正弦波据有非失真性。从电学的角度来说正弦波流过线性RLC电路其输出电压还是正弦波。既然这样只能希望先输出波形为非正弦波，再通过滤波电路滤除分低频和高频交流分量，使其输出为直流分量。 由于二极管的单向导电性，想到单相半波整流电路并非难事，如图（1）所示。但是从图（2）中可看出图（1）的电路有明显缺点，。变压器输出电流会有断流现象，电流的7次以下谐波分量较多对变压器不利，而且输出电压的平均值低。所以在电子技术中运用不广泛。 1.桥式整流电路的搭建思路 由于二极管的单向导电性使得单相半波整流电路在交流电负半周时电阻上无电流，导致电阻上的电压为0.是否可以搭建电路使得交流电在负半周时有电流流过电阻，且在电阻上产生一个上正下负的电压？ （1）：交流电正半周时，可在电阻上产生上正下负电压，暂时先把U2与R相连。如图（3）所示 (2)：为了使电阻R在交流电负半周期得到上正下负电压，可在对角线上接二极管。如图（4）所示 （3）：由图（4）可知，当交流电负半周时，VD1导通，U2短路，为了使交流电正半周时能顺利流通，在负半周时能阻碍电流直接流向电源，可加二极管VD3因为二极管具有导向导电性。
交流电负半周期，VD1阳极电位等于阴极电位，二极管截止。为了电阻下端不直接与VD1阳极相连，且在交流正半周可以形成电流回路，可加二极管VD4。把图（5）整理可得常见桥式整流桥画法。如图（5）（6）所示 2.桥式整流电路波形分析 根据图(6)可画出U2，i,U0的波形。如图（7）所示 i与i1的波形是有所区别的。i是指交流电向外流出的电流是交变的.i1是指电阻上电流，由于电阻上的电压在交流电一个周期内总是上正下负，所以i1的方向不变。下面根据图（7）分析单向桥式整流电路的优缺点： （1）变压器输出电流不存在断流是正弦波。 （2）输出电压波形是脉动的与理想的直流波形相差太大，需加滤波电路。 三、整流滤波电路 (1)整流滤波电路搭建思路 由图（7）可知，由于整流桥输出的电压电流是非正线波，通过傅立叶分解可以得到许多的正弦交流分量。从理论上来讲大电容对对正弦交流电有直通作用，可滤除大量的谐波。即绝大部分正弦电流流经电容形成回路，而绝大部分直流电流经负载电阻，在电阻上形成直流电压。也就是说电流分流。既然是分流，那么负载肯定与电容并联。通过上述分析可得图（8） （2）整流滤波电路分析 工作原理： 当正弦交流电处在正半周时，电流经VD3流到A点，在A点开始分流，交流电流给C充电，直流电流经R产生直流电压，在B点两股电流汇合经VD4流向U2形成回路。注意:当C足够大R一定时,交流电大概在峰值时，VD3截止,电容C给R缓慢充电。 当交流电处在负半周期时，且VD1阳极点位大于阴极点位0.7V时，VD1导通电流经VD1流到A点分流，交流电流给电容充电，直流电流经电阻产生直流电压，两股电流在B点汇合经VD2流向U2形成回路。一旦VD1阳极电位不在比阴极电位大0.7V，VD1截止。电容C给R缓慢充电。 综合上述可得图（9） 下面解释一下图（9）中电流i波形是如何画出来的 假设U2的初相位为0，忽略二极管导通压降，那么C、R上的电压就是U2.根据电容电压滞后电流90度、电阻上的电流与电压同相位且电容C足够大。那么U2的电流超前电压90度，可画出i的波形。然后再根据电容充电时U2有电流流出。电容放电时二极管截止，U2没有电流流出，在放电的那段时间i=0.就可画出图（9）中i的波形。 （3）整流滤波电路的优缺点 1） 当RC越大， 电路输出电压波形越接近直流。 2） 一旦RC大，变压器输出电流断流现象更明显，对变压器不利。 3）当电网波动时，输出的直流电压值会变化。需加稳压电路 四、7805芯片构成的稳压电路 1. 稳压电路性能比较 如果在整流滤波电路中加稳压二极管，虽说能起到稳压作用但是在电网欠压时，稳压二极管不能正常工作。为了使稳压二极管正常工作需加限流电阻，限流电阻上会消耗部分功率，而且电路保护措施也少。所以说在整流滤波电路中加稳压二极管运用不广泛。 在串联型可调稳压电路中加入过流保护、过热保护时，虽说电路性能不错，但是电路体积相对大了点、成本相对高些。没有78系列稳压芯片性价比高，而且78系列芯片防护措施多性能较好。所以说78系列稳压芯片在实际中运用较广。 2.7805稳压电路元件作用简介 看到图（10）可能会有这样的疑问，为什么在7805输入端加2个电容，说电解电容C1滤除低频信号、小电容C2滤除高频低频信号 ？ 从理论的角度来说加一个大的电解电容就可以了。但是实际中由于电解电容制造工艺使得电解电容略带感性。当低频信号流过电解电容时，由XL=W*L可知，其感抗微乎其微。当高频信号流过电解电容时，虽说电感量很小但角频率大，此时不能忽略电感的影响，也就是说高频信号流经电解电容会受到感抗的阻碍，而低频信号流经电解电容几乎不会受到阻碍。所以说电解电容C1是滤除低频信号。为了滤除高频信号可加小电容C2。 C1的取值不是越大越好。如果C1过大对变压器不利，如果C1过小其输出电压波形与桥式整流电路电压波形一样，是脉动直流电。7805不能正常工作。所以说C1要取得合适。 7805输出电压有正负0.2的波动，加C3、C4可使输出的电压更加稳定在5V，也可以防止外部干扰信号灌入7805芯片内部。 3、元件参数选取 下面根据图（10）用一个例题来说明如何理论选取元件参数值 设计一个直流稳压电源，其输入为220V/50HZ的交流电源，输出电压U0为5V,最大输出电流为1.5A,采用单相桥式整流电路带滤波电容带三端集成稳压器,试求电路中各个元件的参数。 （1）选取电源变压器的变压比 在选取变压器之前要知道7805输入端电压要大于7V但最好不要超过15V，虽说其最大输入电压为35V左右。根据这条原则可选取220/9的变压器。现在来验证一下220/9V变压器是否合适. 当电网过压时7805输入端电压为U3=1.2*9*1.1=11.9V. 当电网欠压时输入端电压为U3=1.2*9*0.9=9.8V 无论过压还是欠压都在希望值内，所以合适。 1）取220/9V变压器，变压比K=220/9=24。 2）7805输出最大功率为7.5W，考虑到电路中其它元件的消耗，暂取变压器的额定功率为2.5~3.5倍的7.5W. （2）整流二极管的选取 1）由于7805输出最大电流为1.5A,而2组二极管轮流导通，那么一个周期内流过每个二极管的平均电流为： Id=I/2=1500/2=750mA。 2）考虑到电网正负百分之10的波动，二极管承受最大反相电压为Urm=1.1*1.414*9=14V 实际选取二极管时，要留有余量。 （3）电容选取 由于电解电容性能差，其耐压值最好要大于等于实际电容两端电压2倍。 取C1=1000UF,耐压25V的电容，C2=0.1UF,耐压25的电容C3=10UF,耐压10V的电容，C4=0.1UF,耐压10V的电容 （4）三端稳压芯片选取 取7805稳压芯片，其输出电压5V,最大输出电流1.5A，最大输出功率7.5W，并带散热片。 上述只是做理论上的选取，实际选取参数要参考手册，并做调整。 3.电路故障分析 （1）上电后电解电容爆掉 仔细观察电解电容是否接反、整流桥上的4个二极管是否全部接反。 (2) 7805不能正常工作，输出电压明显低于5V 先看电解电容是否鼓包，如果没有发现用万用表测7805输入端电压是否低于7V（注意：不要测电解电容C1的+端，如果+端与7805的1脚之间存在断路故障，测出来的C1正端电压大于7V，会误认为7805芯片问题）,如果低于7V，用万用表测变压器二次电压是否过低。如不是测电解电容是否明显漏电，把电解电容一引脚从电路板上断开，万用表打到1K档并校零，正表笔接电解电容正端负表笔接电解电容另一端，如果指针从无穷大打到0后不动或返回的幅度过小说明电解电容漏电。如果正常怀疑二极管开路测整流桥上的二极管是否开路。断电数字式万用表打到蜂鸣档（如果是指针式万用表打到R*100或R*1K,不要打到R*1档，因为电阻档位越内部阻值越。打到R*1档万用表的电流大概是100多毫安，可能烧断表笔中的导线）断开整流桥与变压器的连接，测二极管正向是否导通。把正表笔接二极管阳极负表笔接阴极，如果不响说明二极管开路（整流桥与变压器相连是测不准的，如果VD2开路，测其正向是否导通时，万用表的电流会经过VD4,U2，到VD2的阴极，即万用表测的是VD4与U2之间的电阻，而U2内部的电感对直流电相当于短路内部电阻又很小，所以凤鸣器响会误导判断）。 （3）7805芯片发热 观察7805芯片的引脚是否接反，热片是否有问题，测输出端负载电阻是否变小。如果问题还没解决换7805芯片试试。 （4）变压器发热 断开电源与变压器的连接，感觉一下变压器的温度。 如果变压器发热严重，怀疑整流桥二极管击穿测二极管反向是否截止。指针式万用表正表笔接二极管阴极，负表笔接二极管阳极。如果二极管击穿指针从无穷打到0后不动，如果没有击穿指针从无穷打到0在从0返回到无穷（这种测量方法虽说很简单但是如果C1漏洞就不一定测的准）。如果二极管没问题怀疑变压器有重大问题。 如果变压器发热不是很严重测电源电压是否正常，如果正常怀疑变压器本身有问题。 | 
发表于 2017-3-4 21:43:59
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发表于 2017-3-4 23:17:16
