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日志

2017-01-29 整流杂谈(三)

已有 773 次阅读2017-1-29 15:41

整流杂谈()

在《整流杂谈()》中,我们谈到了全波整流电容滤波电路,如图01

并且分析了全波整流电容滤波的电流波形,如图02。黑色曲线是绕组电动势(为负部分没有画出)波形,红色曲线是绕组中电流波形

对黑色曲线,我们能够根据其峰值计算出其有效值和平均值。但对红色曲线,很难计算,因为红色曲线的形状和滤波电容的容量、负载、绕组的直流电阻,甚至与变压器漏感等等有关。即使这些参数我们都知道,也很难写出红色曲线随时间变化的函数,更不用说对此函数积分了。

容易计算的是矩形波。矩形波的顶和底都是常数,不需要积分,只需要算术计算即可得到有效值和平均值。

最简单的矩形波就是直流。直流可以看成占空比为1PWM波。对占空比为1PWM波即直流来说,峰值、有效值和平均值是一回事:

对占空比为0.50.250.1250.0625PWM波,我们分别计算其有效值和平均值如下。各图中峰值均假定为1。有效值用蓝色,平均值用红色表示。


 

 

我们看到:占空比为0.5时,平均值也是峰值的0.5倍,但有效值却不是0.5倍,而是0.7071倍。占空比为1(直流)时有效值与平均值相同,但占空比为0.5时有效值却比平均值要大。

占空比为0.25时,有效值已经是平均值的2倍。占空比小到0.0625时,有效值达到了平均值的4倍!

在电工学中,把有效值和平均值之比称为波形系数。

从上面几幅图我们归纳出一条规律:波形越是窄而高,有效值和平均值之比就越大,换句话说波形系数越大。这条规律不仅对矩形波适用,对图02中红色的电流波形也适用。

由此立即可以看出:电容滤波电路中电源提供的电流有效值要比平均值大得多。

02中的红色电流波形,与图04到图07对比,因为无法准确计算(没办法积分),只能目测估计。图02目测有效值大约是平均值的二倍多,也就是说图02中红色电流波形的波形系数比2大一些,可能有2.22.5

这条规律有什么用呢?

01中,通过负载ZL的电流和变压器二次中心抽头K点的电流,平均值相同,但两电流有效值却并不相同。通过K点电流的有效值比通过负载ZL的有效值大得多。

而变压器绕组的发热量是与电流有效值平方正比的。

所以,变压器标称容量为100VA,千万别以为全波整流电容滤波后可以输出100W的直流功率。事实上,全波整流电容滤波输出4045W直流功率时,变压器发热的程度已经和变压器二次不整流带100W纯电阻负荷时差不多。也就是说,对二次全波整流电容滤波的整流电路来说,变压器容量只能折合一半甚至不到一半来使用。

很多新手看到电子设备耗电的直流功率只有20W左右,老工程师却要使用标称容量50VA甚至更大的工频变压器,心中不免暗生疑惑:怎么留这么大的余量呢?

现在我们明白了:老工程师并没有为工频变压器留很多余量,这么大容量的变压器用在全波直流电容滤波电路上,它只能得到比标称容量小得多的直流功率。

所以,新手在设计工频变压器全波整流电容滤波的直流电源时,千万注意:别把直流输出功率当成变压器容量。你要是这么设计,工作一段时间后变压器就会烫手的。更麻烦的是:发现变压器非常烫,认为电路有问题,可查来查去也没有发现哪个元件损坏。不是书上的全波整流电容滤波电路有问题,是你的设计计算有问题。

 

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