第十章 直流電源
任何電在設(shè)備都需要用直流電源供電。獲得直流電源的方法較多，如干電池、蓄電池、直流電機(jī)等。但比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的辦法是，把交流電源變成直流。
一般直流電源的組成如圖10.1所示。
它由源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。電源變壓器的作用是把220V電網(wǎng)電壓變換成所需要的交流電壓。整流電路的作用是利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒄?fù)交替的正弦交流電壓變換成單方向的脈動電壓。濾波器的作用是將脈動電壓中的脈動成分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路的作用是使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)保持穩(wěn)定。
10.1 單相整流電路
整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，將正?fù)交替的正弦交流電壓變換成單方向的脈動電壓。在小功率直流電源中，經(jīng)常采用單相全波和單相橋式整流電路。單相橋式整流電路用得最為普遍。
10.1.1 單相半波整流電路
1.電路工作原理
半波整流就是利用二極管的單向?qū)щ娦阅?，使?jīng)變壓器出來的電壓Vo只有半個周期可以到達(dá)負(fù)載，造成負(fù)載電壓VL是單方向的脈動直流電壓。
(1)在變壓器次級繞組電壓u2為正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通，則負(fù)載上的電壓u0、二極管的管壓降uD、流過負(fù)載的電流iO和二極管的電流iD為：，
，
(2)在負(fù)半周時(shí)，二極管截止。則：
它的整流波形如圖（2）所示：因?yàn)殡娐分辉诮涣鞯陌雮€周期二極管導(dǎo)通，才有電流流過負(fù)載。因此它被稱為半相整流電路。
2.直流電壓和直流電流的計(jì)算
輸出直流電壓為：
，其中：U2為變壓器次級輸出電壓的有效值。
輸出直流電流為：
注：流過二極管的電流即為輸出電流。
3.脈動系數(shù)
整流輸出電壓的脈動系數(shù)，定義為輸出電壓的基波最大值與輸出直流電壓值之比。輸出電壓的基波最大值可通過半波輸出電壓的富氏級數(shù)求得。
4.選管原則
一般根據(jù)二極管的電流和二極管所承受的最大反向峰值電壓進(jìn)行選擇。即：二極管的最大整流電流：
；它的最大反向工作電壓
10.1.2 單相全波整流電路
1.電路與工作原理
利用副邊有中心抽頭的變壓器和兩個二極管構(gòu)成如下圖所示的全波整流電路。從圖中可見，正負(fù)半周都有電流流過負(fù)載，提高了整流效率。
2.直流電壓和直流電流的計(jì)算
全波整流輸出波形是半波整流時(shí)的兩倍，所以輸出直流電壓也為半波時(shí)的兩倍。
3.脈動系數(shù)
全波整流電路輸出電壓的基波頻率為2ω，由脈動系數(shù)的定義，脈動系數(shù)較半波有所下降。
4.選管原則
流過每個管子平均電流為輸出平均電流的一半。全管整流電路每管承受的反向峰值電壓為U2 的峰值的2倍。
全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)是：電源利用率高，輸出電壓提高一倍。每個管子僅提供輸出電流的一半。但是，要求管子耐壓要高，且需要一個具有中心抽頭的變壓器，工藝復(fù)雜，成本高。為此常采用全波整流的另一種形式——橋式整流。
10.3單相橋式整流
1.電路與工作原理
橋式整流屬于全波整流，它不是利用副邊帶有中心抽頭的變壓器,而是用四個二極管接成電橋形式，使在電壓V2的正負(fù)半周均有電流流過負(fù)載，在負(fù)載形成單方向的全波脈動電壓。u2正半周時(shí)，D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止；u2負(fù)半周時(shí)，D1、D2截止，D3、D4導(dǎo)通。流過負(fù)載的電流方向一致的。注：除管子所承受的最大反向電壓不同于全波整流外，其它參數(shù)均與全波整流電路相同。
2.直流電壓和直流電流的計(jì)算
直流電壓為：
；直流電流為：
3.脈動系數(shù)S
S=0.67