整流电路

利用器件单向导电特性将交流电变成直流电的电路。电子设备需要各种不同电压的直流电源,而供电电源供给的一般都是交流电,因此须用整流电路提供所需要的直流电。常用的整流器件有金属整流器件、电子管整流器件和半导体整流器件。电子管整流器件效率较低,可靠性差,不易维护,已逐渐为半导体整流器件所代替。

根据整流器件在电路中的接法,整流电路可分为半波、全波、桥式和倍压等电路形式。交流供电又分为单相供电和三相供电电路。前者常为小功率整流器所采用,后者则为中、大功率整流器所采用。

单相半波整流电路

图1为纯电阻负载的单相半波整流电路。变压器Tp次级的交流电压为e2,与加于初级线圈的交流电压e1同频。当e2为正弦波时,由于整流管D的单向导电特性,电阻RL中的直流电流i和电压 ULiRL,均不再是正弦波。若e2公式 符号,则

公式 符号

电流i(或电压UL)的波形如图1c,它单相流动,但并非恒定不变。其中既有直流成分,也有基波分量及偶次谐波分量。

图

整流电路的主要技术指标有纹波因数r,变压器次级功率利用系数F 和反峰电压 UR 等。

(1)纹波因数r:它是负载上交流分量的有效值与直流分量之比,即r=负载上交流分量有效值/负载上直流分量。纯电阻负载半波整流电路的纹波因数r=1.21,这表明交流分量比直流分量还要大,所以这种电路的性能很差。

(2)变压器次级功率利用系数F:它是直流输出功率Po与变压器次级功率容量P2之比值,即公式 符号。半波整流电路的F=0.287,利用系数较低。半波整流电路的另一缺点是变压器次级绕组中只有单方向电流流过,铁芯容易饱和。

(3)反峰电压UR:它是整流管的最高反向工作电压,应小于反向击穿电压。单相半波整流电路的反峰电压为3.14U0,与全波整流电路的相同。

全波整流电路

图2为单相纯电阻负载的全波整流电路,它的变压器的次级绕组有一中心抽头。整流管D1和D2在外加交流电压的两个半周期内轮流导电。在变压器绕组中,电流i1i2的方向相反,使变压器铁芯因磁路中直流磁化抵消而不易饱和。流过负载RL的电流iL仍是单方向的,其波形如图2c。纯电阻负载全波整流的纹波因数r=0.48,比半波整流的有所改善。

桥式整流电路

图3为单相纯电阻负载的桥式整流电路。当变压器次级绕组的上端为正极性时,D1和D3导通;当上端为负极性时,D2和D4导通,所以其输出波形与全波整流电路的相同。这种电路的变压器不需要中心抽头,整流管的反向耐压比全波整流电路的低一半,因此应用较广。

图2 图3 图

整流器的滤波电路

纯电阻负载整流电路的纹波因数r都很大。在实际应用时必须加接滤波器,滤掉输出电流中的交变分量,使输出尽量平稳。滤波电路一般由电抗元件组成。最简单的方法是在负载电阻RL两端并联一个足够大的电容器C,或用一个与RL串联的扼流圈L;有时也采用Г型LC滤波器或π型CRC滤波器。图4a是采用电容器滤波的单相桥式整流电路。在未加上滤波电容器C之前,负载RL两端的电压如图4b的虚线。电容器C 的作用是使输出波形变得比较平滑。例如,当交流电压e2升高时,电容器C把部分能量存储起来;而当e2降低时,就把能量释放出来。这样就使负载RL上的输出电压不随e2的变化而急剧变化,起伏较小,如图4b实线u0。滤波的具体过程是:在公式 符号的区间内变压器次级电压e2高于负载电压u0D1D3导通,导通电流i1(=i3)对电容器C充电。在公式 符号区间内u0e2,各二极管都截止,电容器CRL放电,把能量释放给负载。如此周而复始,即可获得比较平稳的直流输出电压。

图

电容滤波整流电路的纹波因数与交流电源的角频率ωRLC的乘积有关。ωCRL越大,r越小。通常可以使波纹因数r 达到10-2的量级。这种整流电路不太复杂,纹波因数也较小,应用比较广泛。中、大功率整流电路大都采用可控闸流管作整流器件。

倍压整流电路

当工作电流较小、工作电压又较高时,为了避免因提高变压器电压而带来的困难,可采用倍压整流电路。图5为二倍压整流电路,正半周时电容器C1被充电至Uc1,负半周时电容器C2被充电至uc2。当输出电流较小,C1C2的值足够大时,公式 符号。而公式 符号。利用这种电路原理可以制成多倍压整流电路。

图

参考文章