單相整流濾波電路

第二節(jié)單相整流濾波電路電的相數(shù)，整流電路可分為單相整流電路與三相整流電路等，在小功率電路中（以下）一般采用單相整流，常見的有單相半波、全波和橋式整流。本節(jié)重點(diǎn)討論單相半波和橋式整流電路。一、單相整流電路1．單相半波整流電路由整流變壓器、整流二極管以及負(fù)載電阻R組成，如L圖6-2-1（）所示。VDa）b）圖6-2-1單相半波整流電路（a）電路圖（b）波形圖圖6-2-1（）中，設(shè)電源變壓器次級(jí)電壓u為2u=Uωt22式中，U為次級(jí)電壓的有效值。2當(dāng)u的波形為正半周時(shí)，端為正，端為負(fù)，二極管正向?qū)ǎ雎远O管的正向2導(dǎo)通壓降時(shí)，負(fù)載電壓為u=；當(dāng)u為負(fù)半周時(shí)，A端為負(fù)，B端為正，二極管反向截u2o2止，電路中電流為零，負(fù)載電壓u=0，全部加在二極管兩端。各電壓波形如圖6-2-1uo2（b）所示，由圖可知，負(fù)載上得到的是單相脈動(dòng)直流電壓和電流。由于輸出電壓u僅o為電源電壓u的正半波，所以稱為半波整流。2負(fù)載上脈動(dòng)直流電壓的大小用平均值Uo來(lái)示，根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)有U≈0.45UO（6-5）2通過(guò)負(fù)載的電流Io為UURI=O≈045（6-6）.2OLRL二極管與負(fù)載串聯(lián)，因此流經(jīng)二極管的平均電流為URI=I=045（6-7）.2DOL此外，由圖（b）可知，二極管反向截止時(shí)，管子兩端承受的最高反向電壓就是u的最大值，即2（6-8）在選擇二極管時(shí)，所選管子的最大整流電流I和最高反向工作電壓U應(yīng)大于式U=U2F（6-7）和式（6-8）的計(jì)算值，即UI≥I=045(6-9).2RFDLU≥U=2U(6-10)2實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)I和U的計(jì)算值查閱半導(dǎo)體器件手冊(cè)，選擇合適的二極管型F號(hào)。2．單相橋式全波整流電路如圖6-2-2（a）所示，單相橋式全波整流電路由四個(gè)整流二極管接成電橋的形式，二極管VD1和VD2的負(fù)極接在一起作為輸出端的正極，VD3和VD4的正極接在一起作為輸出端的負(fù)極。它們相互之間的連接方式以及與電源變壓器和負(fù)載的連接，必須按照?qǐng)D示方式進(jìn)行，任何一個(gè)二極管的反接均可造成變壓器短路燒壞。圖6-2-2（）所示為橋式整流電路的簡(jiǎn)化畫法。當(dāng)u的波形為正半周時(shí)，電路中A點(diǎn)電位高于點(diǎn)電位，二極管VD1、VD3正向?qū)?通，VD2、VD4反向截止。電流的流向?yàn)椤鶵→VD→B，如圖中實(shí)線箭頭所L3示；當(dāng)u的波形為負(fù)半周時(shí)，二極管、VD4導(dǎo)通，、VD3截止,電流的流向?yàn)?→→→VD4→，如圖中虛線箭頭所示。由此可見，VD1、VD3與、VD4輪流導(dǎo)通半個(gè)周期，在整個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載R上均有電流流過(guò)，并且始終是一個(gè)方向，故L稱為全波整流。其電壓電流波形如圖6-2-3所示。由圖6-5可見，橋式整流電路的輸出電壓平均值應(yīng)為半波整流電路的兩倍，因此有U≈0.9UO（）2URURI=O≈09（6-12）.2OLLIo是由、VD3和、VD4各輪流導(dǎo)通半個(gè)周期所提供的，所以流過(guò)每個(gè)整流管的平均電流是流過(guò)負(fù)載電流的一半，即IO2URI=D=045（6-13）.2L橋式整流電路中，每個(gè)二極管承受的最高反向電壓與半波整流電路類似，為變壓器次級(jí)電壓u的最大值，即2U=2U（6-14）2在選擇二極管時(shí)，所選管子的最大整流電流I和最高F反向工作電壓U6-136-14單相橋式整流電路的直流輸出電壓較高，輸出電壓脈圖6-2-3單相橋式整流電路波形使變壓器得到充分利用，效率較高。因此，這種電路獲得了廣泛的應(yīng)用。例6-1有一直流負(fù)載R=20，需要直流電壓U=40V，采用單相橋式整流。試選LO擇整流二極管。UR40V解負(fù)載直流電流為I=O==2AOL20ΩIO2通過(guò)二極管的平均電流為變壓器次級(jí)電壓有效值為I==DU40U===44.4VO09092..二極管承受的最高反向工作電壓為U≥U=2U=628V.22CZ56C的最大整流電流為3A流I；最高反向工作電壓為100VI，可以滿足D3．硅橋堆整流器為了使用方便，半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家將橋式整流電路的四個(gè)二極管6-2-4所示。橋堆有四個(gè)管“~”“+”和“-”的兩只管腳分別為整流輸出電壓的正、負(fù)極。全波整流電路不但減少了輸出電壓的脈動(dòng)程度，而且提高了變壓器的利用率，因而得到了廣泛的應(yīng)用。其中，以橋式全波整流電路應(yīng)用最為廣泛，目前市面上出售的大多數(shù)為單相橋式整流器。在使用中，應(yīng)注意引腳不能接錯(cuò)，否則可能發(fā)生短路，燒壞整流器。前面脈動(dòng)電壓。在某些設(shè)備（如電鍍、蓄電池充電等）中，這種電壓的脈動(dòng)是允許的。但是在大多數(shù)電子設(shè)備中，整流電路中都要加接濾波器，以改善輸出電壓的脈沖程度。二．濾波電路整流電路的輸出電壓為含有多種頻率交流成分（紋波）的脈動(dòng)直流電壓。為減少負(fù)載電壓中的交流分量，應(yīng)在負(fù)載與整流電路之間接入濾波電路。濾波電路能濾除交流成分，使輸出電壓變得平穩(wěn)，常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波及復(fù)式濾波電路，其中電容濾波電路是小功率整流電路中的主要濾波形式。1．電容濾波電路電容濾波電路主要利用電容兩端電壓不能突變的特性，使負(fù)載6-2-5（a與負(fù)載并聯(lián)的是一個(gè)大容量濾波電容。圖6-2-5單相橋式整流電容濾波電路（1）工作原理圖6-2-5（b）中，虛線為變壓器次級(jí)電壓u經(jīng)橋式整流后輸出電（b）波形圖2壓的波形。當(dāng)u為正半周上升時(shí)，、VD3導(dǎo)通，u一方面經(jīng)、VD3對(duì)電容開22始充電，另一方面向負(fù)載R提供電流，忽略二極管的正向?qū)妷?，有u=uu。隨著LoC2uu的最大值，如圖（bu222從bu<uVD1VD3向R放電。由于放電2CLuuu的C22電壓值大于u時(shí)，如圖7-68所示的d點(diǎn)所示，、VD4導(dǎo)通，電容再次被充電，輸C出電壓也就隨之增大，以后電容器重復(fù)上述充、放電過(guò)程，得到圖（b）所示的輸而且輸出電壓的平均值也增大了。（2）參數(shù)計(jì)算根據(jù)以上分析可以看出，電容放電時(shí)間越慢，輸出電壓越平滑，其平均值U越大。工程上，為了獲得良好的濾波效果，一般取OTRC≥~（6-15）（6-16）L2式中，T為交流電源的周期。此時(shí)輸出電壓的平均值U近似為O()U≈.1~.2UO2當(dāng)負(fù)載R開路時(shí)，輸出電壓為L(zhǎng)U=U（6-17）O26-15）確定，耐壓值則應(yīng)大于它實(shí)際工作時(shí)所承受的最大電壓，一般?。?.5~2）U。2在橋式整流電路中，流過(guò)每個(gè)二極管的平均電流為負(fù)載電流的一半，即IUU()I=D=≈1.1~.2（6-18）OO222R2RLL由于二極管僅在電容充電時(shí)才導(dǎo)通，且時(shí)間常數(shù)R越大，導(dǎo)通時(shí)間越短，因此二L極管在較短的導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)將流過(guò)一個(gè)較大的沖擊電流。為保證安全可靠地工作，所選二()極管的最大整流電流I應(yīng)留有充分的裕量，一般取I≥2~3I。FMFD在橋式整流電容濾波電路中，流過(guò)變壓器二次繞組的電流是非正弦波，其有效值可按下面的公式估算：()I=1.5~2I（6-19）2O（3輸出電壓U與輸出電流I之間的關(guān)系曲線稱為輸出特性或外特性。OO橋式整流電容濾波電路的輸出特性曲線如圖6-8所示。由圖可見，該電路的輸出電壓隨著輸出電流的增大而明顯降低，即電路帶負(fù)載能力差。所以，電容濾波電路一般用于負(fù)載電流較?。碦較大）且變化不大的場(chǎng)合。L總之，電容濾波電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，輸出直流電壓較高；缺點(diǎn)是輸出電壓受負(fù)載變化影響較大。2．電感濾波電路電感濾波主要利用電感中的電流不能突變的特點(diǎn)，使輸出電流波形比較平滑，從而達(dá)到使輸出電壓的波形也比較平滑的目的，故電感線圈應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。圖6-2-6（ab）所示分別為橋式整流電感濾波電路圖及濾波輸出電壓波形圖。,流過(guò)負(fù)載的電流也就不能突變，電流平滑，輸出電壓的波形也就平穩(wěn)了。其實(shí)質(zhì)是因?yàn)殡姼袑?duì),若忽略導(dǎo)線電阻，電感對(duì)直流沒有壓降，即直流均落在負(fù)載上，達(dá)到了濾波目的。在這種電路中，輸出電壓中的交流成分（紋波）是整流電路輸出電壓的交流成分經(jīng)感抗X和負(fù)載LRX>>RL越大，R越小，L則濾波效果越好。LLLUo一般小于橋式整流電路輸出電壓的平均值，如果忽略電感線圈的銅阻，則Uo≈0.9U。雖然電感2濾波電路對(duì)整流二極管沒有電流沖擊，但為了獲得較大的L值，多采用鐵芯電感，其體積大