整流电路设计与选用原则

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：一般是升高1～1.3倍，即Vo=u2，计算u2的公式如下：图1-7 半波整流滤波电路波形流过负载的直流电流为图1-6 半波整流滤波电路半波整流二极管反向截止时所承受的最大反向电压，这就是选用整流二极管的依据。图1-10a是典型的倍压整流电路。图1-11a和图1-11b是两种倍流整流电路图。VT1截止时VT2也截止，VT3与L停止向负载RF提供电

整流电路就是利用二极管和MOS的两个电极单向导电的特性，把交流电变为脉动直流电，再通过电容滤波、电感或电阻平波，使脉动波形平直，得到性能稳定的直流电。整流的方式有多种，有半波整流、全波整流、倍压整流、倍流整流及同步整流等。

1.半波整流电路

图1-6是半波整流滤波电路。变压器TR的二次电压负载电阻R_F只有半个周期电压，即正弦电压在半个周期内的平均值，也是最大值的倍，那么一个周期内的平均值应该是最大值的倍，即，则。电路增加了电容滤波后，二极管的导通角减小了。所谓导通角，就是在一个正弦波周期（2π，即360°）中，二极管导通时间所对应的角度。电路没有加电容时，二极管的导通角是π（交流电半个周期为180°），加了滤波电容，二极管VD₁的整流电压不是从电压O点开始的，而是从图1-7b的m点开始截止，由于电容C的放电，V_o下降到n点VD₁又开始导通。可见，加了滤波电容后，整流二极管的导通角减小了，输出电压变为脉动直流电压，这时的输出电压升高了很多。一般是升高1～1.3倍，即V_o=（1～1.3）u₂，计算u₂的公式如下：

图1-7 半波整流滤波电路波形

流过负载的直流电流为

图1-6 半波整流滤波电路

半波整流二极管反向截止时所承受的最大反向电压，这就是选用整流二极管的依据。

2.全波整流电路

全波整流电路是由两个半波整流电路组合起来的，电路如图1-8a所示。变压器的二次绕组有中心抽头，把二次电压分成大小相等极性相反的两个电压u_2a和u_2b。由于有两只二极管构成两个单相半波整流电路，交流电压在一个周期中两次导通，使输出电压V_o得到同一方向两个波形电压，如图1-8b所示，所以全波整流电路输出的电压比半波增加了一倍：V_o=2×0.45u₂=0.9u₂，输出的电流：

全波整流电路加电容滤波后，输出电压波形如图1-8c所示。用电容滤波有一个缺点，输出电压受负载电阻的影响较大。当负载增大时，滤波电容的放电时间常数减少，电容放电加快，因此负载电压波形脉动振幅增大，输出直流电压降低，为克服这一缺点，常在滤波电容之后加一电感平波，利用电感的特性使输出电压保持平稳，还解决了由于负载的加大使输出电压下降这一缺点。如果要求输出电压脉动更小，又在电感的后面再加一只电容，于是得到了π形滤波电路，如图1-9所示。它的输出电压V_o的计算如下：

式中，V_D为二极管导通电压。输出电流为，二极管承受的反向电压

例如一个桥式整流电路如图1-9所示，交流源频率f=50Hz，负载电阻R_F=120Ω，输入电压u₂=220V，求输出直流电压V_o，并选用整流二极管型号。

计算输出电压V_o

计算输出电流I_o

桥式整流每半周要经过两只二极管，所以每次流经二极管的电流只有输出电流的一半。

二极管所承受的反向电压，每只二极管承受的电压为156V，根据电路所承受的反向电压，整流二极管选用1N5393（最大整流电流为1.5A，最高反向工作电压为200V），见表2-5。

图1-8 全波整流滤波电路及波形

图1-9 桥式整流滤波电路

3.倍压整流电路

要求低输入电压，并能满足电子设备工作条件，需要采取一些技术措施，如有些欧美国家工业供电电压为110V，比我国供电电压低一半，所以常采用倍压整流方式满足控制器正常工作要求。图1-10a是典型的倍压整流电路。输入的交流电压，经UR全桥整流，C₁、C₂滤波，在这一过程中，整流后的脉动电压分别给C₁、C₂充电至，当输入电压U=110V时，。图1-10b由于有电容C的作用，输入电压给电容C充电至u_c，使u_c=u₂，所以V_o=u_c+u₂=2u₂，从中可以看出，电路有几只电容就能使输出电压有几倍的输入电压。图1-10c有四只电容，就得到输出电压等于四倍的输入电压。需要指出的是滤波电容应该有足够大的容量和在充电中具有两倍以上的额定工作电压。图1-10a的R₁、R₂是均压电阻，用于平衡C₁、C₂的压降，使两者相等。

图1-10 倍压整流滤波电路

4.倍流整流电路

有很多电子设备，在负载供电不足的情况下，要求供电设备满足供电电流的需要，又要求不能增加成本和体积，那么这时采用倍流整流的方式是比较好的一种方法。图1-11a和图1-11b是两种倍流整流电路图。当图1-11b的u₂的上方为正、下方为负时，正电压通过VD₁向电容C充电，充电压

，同时也向负载R_F供电流，另一路，u₂上方的正电压也向L₁、L₂充电，电感是感性元件，这半周期对电感来说是储能时期，不向负载提供电流；当u₂的电压上变负、下变正时，电流通过VD₂向负载R_F提供电流，随着时间推迟，u₂下端的电压下降，向R_F提供的电流下降，此时，L₁、L₂所存储的电能使VD₂延时导通，又一次通过VD₂向负载R_F供电，u₂在下半周里，两次向负载提供电流，到下一周的上半周期里，同样L₁向负载有两次供电流的功能。L₁、L₂要有一定的电感量，它所存储的电能足以使VD₂或VD₁导通，才可实现两次向负载提供电能。图1-11a的工作原理与图1-11b一样，只是两只电感连接方式不同，一个是串联而另一个是并联，其作用效果是一样的。

图1-11 倍流整流电路

5.同步整流电路

当电路的输出特性是低电压、大电流时，采用同步整流是合适的，采用同步整流方式可实现5V/10A的电能输出。同步整流分电压同步整流和电流同步整流，对变换激励方式分为正激式同步整流和反激式同步整流，无论哪种形式，其工作原理一样，都是利用变压器二次绕组波形控制MOSFET的通断开关。图1-12的两只MOSFET是并联的。当脉宽调制脉冲处理低电平时，VT₃回流导通MOS管，VT₁是整流截止MOSFET，在脉宽调制脉冲没有时，整流贬VT₃继续导通；当脉宽调制脉冲为高电平时，VT₃截止，高电能通向L、R₇向电容C₂充电。R₅是VT₂的驱动电阻，R₃是VT₃的驱动电阻。VT₁导通时VT₂也导通，此时直接向负载提供电能。同步整流管VT₂的电流流向是，二次绕组上端→L左端→L右端→C₃（负载）→地→VT₂源极→VT₂漏极→变压器的下端。VT₂的驱动信号是通过R₅加到栅极的。VT₁截止时VT₂也截止，VT₃与L停止向负载R_F提供电能。当VT₁截止时，储能电感L的极性相反，同步整流管VT₃的电流流向是，L的右端→C₃（负载）→地→VT₃源极→VT₃漏极→L的左端。VS₂、VS₃分别是两只MOSFET的栅极稳定管，防止因栅极电压太高而损坏MOSFET，C₁、R₃和C₂、R₇组成高频阻容衰减网络。

图1-12 同步整流电路

整流电路设计与选用原则

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