电源适配器中的整流输出电路及其应用

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：在电源适配器中，整流输出电路一般是指由整流全桥将220V交流电压变换为300V以下的直流电压输出电路。在半波整流输出电压中，为了减小纹波得到比较平滑的直流电压，必须进行滤波。为此，在一些实际应用电路中，往往采用全波整流电路。全波整流电容滤波电路主要是由加入到全波整流输出端的电解电容器组成，如图2-12所示。为克服这个缺点，在要求较高的供电源电路中，常常采用桥式整流电路。

在电源适配器中，整流输出电路一般是指由整流全桥将220V交流电压变换为300V以下的直流电压输出电路。它主要包含交流输入滤波和整流滤波两个部分。

1.交流输入滤波电路

交流输入滤波电路主要用于输入220V交流电压，同时也能够抑制通过电源线的传导干扰，典型的交流输入滤波电路原理图如图2-2所示。它主要有非对称干扰抑制和对称干扰抑制两种滤波形式。

（1）非对称干扰抑制

非对称干扰抑制又称差模干扰抑制，它主要用于抑制由于电网电压的瞬时波动而产生的干扰信号。这种信号存在于两根电源线上，相对参考地而言其大小相等，方向相反。因此，非对称干扰滤波器常接成如图2-3b所示的线路。但由于它对于对称干扰的抑制有削弱作用，故在实际电路中很少使用。

在图2-2中，L3和L4为差模扼流圈，它对高频率差模电流和浪涌电流有极高的阻抗，但对低频电流的阻抗极小，故它与C1、C2构成了差模干扰抑制网络。

图2-1 常见电源适配器实物图

图2-2 典型交流输入滤波电路原理图

注：该图仅供参考。

（2）对称干扰抑制

对称干扰抑制又称共模干扰抑制，它主要用于抑制载于两根电源线上的相对参考地而言其大小和方向均相同的干扰信号（即共模干扰信号）。因此，对称干扰抑制滤波器常接成如图2-3a所示的线路。它对于非对称干扰不起抑制作用。

图2-3 常见电源线滤波器线路原理图

在图2-2中，L1和L2以及C3、C4组成对称干扰抑制网络，其中，L1和L2是共模扼流圈，其同名端均为同一个方向，对共模干扰有较强的抑制作用。

在一些适配器的实际电路中，交流输入滤波电路元器件均有不同的具体应用。如SA-WA-12-50012电源适配器（见图2-1d）中的交流输入电路元器件就主要由L1、L2、CX1、R1、R2、R9、R10等组成，其实物如图2-4所示，电路原理图如图2-5所示。

2.整流滤波电路

整流滤波电路是供电源的一个重要组成部分，它主要是将交流电源变换为比较稳定的直流电压。它是在选定了整流滤波电路之后，选择合适的整流二极管及滤波电容的大小，以满足负载要求的输出直流电压U_d（即U_L）、最大负载直流电流I_d（即I_L）以及足够小的纹波电压。整流滤波电路分为半波整流、全波整流及全桥整流三种形式。

图2-4 SAWA-12-50012电源适配器交流输入元器件实物图

图2-5 SAWA-12-50012电源适配器交流输入电路原理图

（1）半波整流和电容滤波电路

半波整流和电容滤波电路常与变压器组合，作为小功率电源设备，其基本原理如图2-6所示。

1）半波整流电路的工作原理。

在半波整流电路中，加在变压器上的电压虽然是电网的交流电压，但在负载上得到的却是单方向的半波电压，即把交流电变成了脉动直流电。由于加到负载上的电压只有电源电压的半个波，所以叫做半波整流。其整流电路的波形图如图2-7所示。

图2-6 半波整流电路原理图

图2-7 半波整流电路波形示意图

注：图中波形仅供参考。

2）半波整流电容滤波电路。

在半波整流输出电压中，为了减小纹波得到比较平滑的直流电压，必须进行滤波。其最简单的方法是在整流电路的负载电阻R_L两端并联一个滤波电容C，如图2-8所示。电容量的大小要看对纹波的要求。纹波要小，电容量就得大，但更主要的是取决于负载电流的大小，若电流大，放电快，则电容量就需要大一些。滤波电容C的容量与输出电流关系见表2-1。其滤波波形如图2-9所示。

表2-1 滤波电容C的容量与输出电流关系的经验数值

图2-8 半波整流电容滤波电路原理图

图2-9 半波整流滤波波形图

在半波整流滤波电容的实际应用中，除了要合理选取电容器的容量外，还要合理地选取其耐压值。电容器耐压值的大小直接影响电路的安全。耐压太小不安全，容易击穿；耐压过大又不经济，且体积大。因此，电容器耐压值的选择就显得很重要。

在半波整流滤波电路里，电容C两端的最大充电电压几乎等于交流电压的峰值E_2m=，所以为安全起见，不使电容被击穿，其耐压应大于，一般取的1.5倍。

在实际应用中应注意，由于滤波电容的容量都比较大，故一般都用电解电容器。而电解电容器是有极性的一种电容器，因此连接时千万不能把极性接反。

（2）全波整流和电容滤波电路

从半波整流的应用电路中可以看出，虽然其优点是电路简单，只使用一只二极管，但它的缺点是直流分量小、波纹较大，且未能把交流电压全部利用起来，对变压器的利用率很低。为此，在一些实际应用电路中，往往采用全波整流电路。

1）全波整流电路。

全波整流电路是由两个半波整流电路合起来组成的，也就是说它是在半波整流电路中，再加一个二极管和同样的变压器二次绕组而组成的，如图2-10所示。

在图2-10中，由于电源变压器二次侧两个绕组大小相等，且相位相反，所以在变压器的一次绕组接到220V交流电源上时，二次侧两个绕组中就会感应出相位差180°的交流电压e_21～和e_22～，即

图2-10 全波整流电路原理图

因此，二极管D1和D2就会轮流导通，形成在时间上连续的脉动电压波形，如图2-11所示。

图2-11 全波整流波形示意图

2）全波整流电容滤波电路。

全波整流电容滤波电路主要是由加入到全波整流输出端的电解电容器组成，如图2-12所示。对于全波整流滤波来说，由于e_21～和e_22～轮流通过D1、D2给C充电，即每隔交流信号半周电容C被充一次电，所以电容器两端电压的波动比半波整流滤波电路为小，其波形示意图如图2-13所示。

图2-12 全波整流电容滤波电路原理图

图2-13 全波整流滤波电路的电压、电流波形示意图

（3）桥式整流和电容、电感滤波电路

在供电源的整流技术中，全波整流虽然克服了半波整流的缺点，能提高变压器的工作效率及减小输出电压的纹波，但由于变压器二次绕组增加了一倍，并要有对称的中心抽头，使整流二极管所承受的最大反向电压也较高，这就使要求输出较高电压时，就得选择耐压很高的整流二极管。为克服这个缺点，在要求较高的供电源电路中，常常采用桥式整流电路。

图2-14 桥式整流电路及其工作原理图

1）桥式整流电路

桥式整流电路是由4只整流二极管组成，由于它是接成一个电桥形式，故称为桥式整流电路，如图2-14所示。桥式整流是把变压器二次侧感应的交流电压e_2～接到电桥的一个对角线a、c两点，而电桥的另一对角线b、d输出直流电压。但在一些要求供电电压和电流都较高的情况下，220V交流电压直接加到整流电桥的输入端。如图2-1d所示的用于液晶电视机的电源适配器中，220V交流电压就是直接加到整流全桥的②、③脚，如图2-15所示，其电路原理如图2-16所示。其整流波形如图2-17所示。

图2-15 SAWA-12-50012电源适配器中整流全桥B01引脚及220V电压输入印制线路实物图

图2-16 SAWA-12-50012电源适配器整流全桥电路原理图

图2-17 桥式整流电路的电压、电流波形示意图

2）桥式整流电容滤波电路。

在桥式整流电路的负载R_L两端并联一个滤波电容C，就构成了桥式整流电容滤波电路，如图2-18所示。其电路波形如图2-19所示。但桥式整流电容滤波电路与全波整流滤波电容电路的滤波原理及波形是一样的。

图2-18 桥式整流电容滤波电路原理图

图2-19 桥式整流滤波电路的电压、电流波形示意图

3）桥式整流电感滤波电路

桥式整流电感滤波电路是由串接在电桥输出端与负载R_L之间的电感线圈L组成的，如图2-20所示，其电路波形如图2-21所示。

在桥式整流电感滤波电路中，由于电感L有阻止电流变化的惰性，故使电流的相位较e_2～的相位移后一个角度，见图2-21中所示。但由于电感L对于交流呈现一个很大的感抗，可阻止交流通过，而对直流的阻抗则很小，使直流容易通过，因此，交流成分大部降落在电感L上，而直流成分则顺利地通过电感L加到负载R_L上，于是在负载R_L上获得的输出电压U_L中，交流成分就很小，从而达到滤波的目的。

图2-20 桥式整流电感滤波电路原理图

图2-21 桥式整流电感滤波波形示意图

电源适配器中的整流输出电路及其应用

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