直流降壓原理

降壓斬波電路

斬波電路的典型用途之一是拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載，兩種情況下負(fù)載中均會(huì)出現(xiàn)反電動(dòng)勢，如下圖中Em所示

工作原理，兩個(gè)階段

簡單直流降壓電路原理圖

如下圖所示，LM317輸出電流為1.5A，輸出電壓可在1.25－37V之間連續(xù)調(diào)節(jié)，其輸出電壓由兩只外接電阻R1、RP1決定，輸出端和調(diào)整端之間的電壓差為1.25V，這個(gè)電壓將產(chǎn)生幾毫安的電流，經(jīng)R1、RP1到地，在RP1上分得的電壓加到調(diào)整端，通過改變RP1就能改變輸出電壓。

注意，為了得到穩(wěn)定的輸出電壓，流經(jīng)R1的電流小于3.5mA。LM317在不加散熱器時(shí)最大功耗為2W，200×200×4mm3散熱板時(shí)其最大功耗可達(dá)15W。VD1(IN4002)為保護(hù)二極管，防止穩(wěn)壓器輸出端短路而損壞IC，VD2(IN4002)用于防止輸入短路而損壞集成電路。

簡單直流降壓電路圖-48V輸入12V輸出直流降壓電路

48V輸入12V輸出的直流降壓電路如下圖所示：

簡單直流降壓電路圖詳解（一）

直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成，基本框圖如下：

直流穩(wěn)壓電源的原理框圖和波形變換圖

1、降壓部分

電源變壓器是降壓變壓器，它的作用是將220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓Ui。變壓器的變比由變壓器的副邊按比例確定，變壓器副邊與原邊的功率比為P2/P1=n，式中n是變壓器的效率。

2、整流部分

該設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路。其由四只二極管組成，其構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊電壓u的整個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載上的電壓和電流方向始終不變。為達(dá)到這一目的，需要在Uz的正、負(fù)半周內(nèi)正確引導(dǎo)流向負(fù)載的電流，使其方向不變，設(shè)變壓器副邊兩端分別為a和

b，則a為“+”b為“一”時(shí)應(yīng)有電流流出a點(diǎn)，a為“一”b為“+”時(shí)應(yīng)有電流流入a點(diǎn)；相反，a為“+”b為“一”時(shí)應(yīng)有電流流入b點(diǎn)，因而a和b點(diǎn)均應(yīng)接兩只二極管，以引導(dǎo)電流，具體電路原理如下圖所示。

單相橋式整流電路

如果橋式整流電路變壓器副邊中點(diǎn)接地，就應(yīng)將兩個(gè)負(fù)載電阻相連接且連接中點(diǎn)接地。根據(jù)橋式整流電路的工作原理，當(dāng)a點(diǎn)為“+”b點(diǎn)為“一”時(shí)，Dl、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，U01=U2，U02=一U2；而當(dāng)b點(diǎn)為“+”a點(diǎn)為“一”時(shí)，D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止，U01=一U2，U02=U2，這樣兩個(gè)負(fù)載上就分別獲得正、負(fù)電壓。

若設(shè)變壓器副邊電壓u2=U2sinwt，U2為其有效值。當(dāng)u2為正半周時(shí)，電流由a點(diǎn)流出，經(jīng)Dl、RL、D3流入b點(diǎn)，因而負(fù)載電阻RL上的電壓等于變壓器副邊電壓，即uo=u2，D2和D4管承受的反向電壓為一u2。當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，電流由b點(diǎn)流出，經(jīng)D2、RL、D4流入a點(diǎn)，負(fù)載電阻RL上的電壓等于一u2，即uo=一u2，D1、D3承受的反向電壓為u2。這樣，由于D1、D3和D2、D4兩對(duì)二極管交替導(dǎo)通，致使負(fù)載電阻RL上在u2的整個(gè)周期內(nèi)都有電流通過，而且方向不變，則輸出電壓uo=|U2sinwt|。

3、濾波電路

經(jīng)過整流后的直流電幅值變化很大，會(huì)影響電路的工作性能。可利用電容的“通交流，隔直流”的特性，在電路中并人兩個(gè)并聯(lián)電容作為電容濾波器，濾去其中的交流成分。

電容濾波電路是最常見也是最簡單的濾波電路，在整流電路的輸出端（即負(fù)載電阻兩端）并聯(lián)一個(gè)電容即構(gòu)成電容濾波電路。濾波電容容量較大，因此一般均采用電解電容，在接線時(shí)要注意電解電容的正負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。如果將兩個(gè)濾波電容相連接，且連接點(diǎn)接地，就可同時(shí)得到輸出電壓平滑的正負(fù)電源。

在理想情況下，變壓器副邊無損耗，二極管導(dǎo)通電壓為零，所以電容兩端電壓相等。而當(dāng)其上升到峰值后開始下降，電容便通過負(fù)載電阻放電，其電壓也開始下降，趨勢與電容兩端電壓基本相同。但是由于電容按指數(shù)規(guī)律放電，所以當(dāng)其下降到一定數(shù)值后，電容將繼續(xù)通過負(fù)載放電，電容兩端電壓按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。

簡單直流降壓電路圖詳解（二）

將220V交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流的常規(guī)方法是采用變壓器降壓后再整流濾波，但是當(dāng)產(chǎn)品受體積和成本等因素的限制時(shí)，最簡單實(shí)用的方法就是采用電容降壓方式。

一、電路原理

電容降壓式簡易電源的基本電路如圖1，C1為降壓電容器，VD2為半波整流二極管，VD1在市電的負(fù)半周時(shí)給C1提供放電回路，VD3是穩(wěn)壓二極管，R1為關(guān)斷電源后C1的電荷泄放電阻。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常采用的是圖2的所示的電路。當(dāng)需要向負(fù)載提供較大的電流時(shí),可采用圖3所示的橋式整流電路。

整流后未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓一般會(huì)高于30伏，并且會(huì)隨負(fù)載電流的變化發(fā)生很大的波動(dòng),這是因?yàn)榇祟愲娫磧?nèi)阻很大的緣故所致,故不適合大電流供電的應(yīng)用場合。

二、器件選擇

1.電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先測定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值，然后參考示例來選擇降壓電容器的容量。因?yàn)橥ㄟ^降壓電容C1向負(fù)載提供的電流Io，實(shí)際上是流過C1的充放電電流Ic。C1容量越大，容抗Xc越小，則流經(jīng)C1的充、放電電流越大。當(dāng)負(fù)載電流Io小于C1的充放電電流時(shí)，多余的電流就會(huì)流過穩(wěn)壓管，若穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax小于Ic-Io時(shí)易造成穩(wěn)壓管燒毀。

2.為保證C1可靠工作,其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。

3.泄放電阻R1的選擇必須保證在要求的時(shí)間內(nèi)泄放掉C1上的電荷。

簡單直流降壓電路圖詳解（三）

DC-DC變換器的基本電路有升壓變換器、降壓變換器、升降壓變換器三種。

降壓變換器原理圖如圖1所示，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，加在電感兩端的電壓為（Vi-Vo），此時(shí)電感由電壓（Vi-Vo）勵(lì)磁，電感增加的磁通為：（Vi-Vo）*Ton。

當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，由于輸出電流的連續(xù)，二極管VD變?yōu)閷?dǎo)通，電感削磁，電感減少的磁通為：（Vo）*Toff。

當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí)，（Vi-Vo）*Ton=（Vo）*Toff，由于占空比D《1，所以Vi》Vo，實(shí)現(xiàn)降壓功能。

降壓變換器原理圖

升壓變換器原理圖如下圖所示，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，輸入電壓加在電感上，此時(shí)電感由電壓（Vi）勵(lì)磁，電感增加的磁通為：（Vi）*Ton。

當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，由于輸出電流的連續(xù)，二極管VD變?yōu)閷?dǎo)通，電感削磁，電感減少的磁通為：（Vo-Vi）*Toff。

當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí)，（Vi）*Ton=（Vo-Vi）*Toff，由于占空比D《1，所以Vi。

升壓變換器原理圖

升降壓變換器、入出極性相反原理如下圖，當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，此時(shí)電感由電壓（Vi）勵(lì)磁，電感增加的磁通為：（Vi）*Ton;當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電感削磁，電感減少的磁通為：（Vo）*Toff。當(dāng)開關(guān)閉合與開關(guān)斷開的狀態(tài)達(dá)到平衡時(shí)，增加的磁通等于減少的磁通，（Vi）*Ton=（Vo）*Toff，根據(jù)Ton比Toff值不同，可能Vi《Vo，也可能Vi》Vo。

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