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整流电路:一般基础知识、工作原理和要求说明

  • 发表时间:2021-09-06 10:04:44
  • 来源:本站
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通常,电子设备具有整流电路,可以在电源系统中实现 AC 到 DC 的转换。该电路用于低功率设备,例如电池充电器,以对整流中产生的低电压进行整流。

要了解整流电路,就必须了解整流过程。整流负责将交流电源的负位转换为正直流电压在设置理想系统时,您需要合适的整流器。因此,了解整流器和二极管的配置对您设置系统很重要。

电子元器件

(电子元器件)

1.什么是整流电路?

整流器是一种将交流电从市电电压转换为单向直流电的电气设备。它的工作原理是将主电源的交流电压从电网更改为直流电压。最重要的是,我们依赖的许多电器都需要直流电。

术语整流器是因为该设备使电流的定向流动变直。使用电子滤波器来平滑整流器输出是一种增长趋势。因此,现代硅半导体整流器导致了硒基整流器、机械整流器、氧化铜整流器和真空管整流器的退出。

由于高内阻,机械和真空管整流器(用于阴极射线管)效率低下。然而,氧化铜和硒基整流器比 SCR(硅控整流器)具有更好的瞬时电压耐受性。与硅二极管相比,这是一个巨大的优势。

带有二极管桥和电容器的变压器交流电源到直流电源

(变压器交流电转直流电用二极管桥和电容)

2. 整流器的种类

单相和三相整流器。

在单相和三相整流器中,它们都经历半波整流和全波整流。

单相整流器具有交流电源的 1 相主电源输入。结构非常简单。它们需要一个、两个或四个二极管(取决于系统类型)。

对于单相交流电,会产生很高的纹波系数。这是因为它的二极管连接到单相变压器的次级绕组。此外,它仅使用变压器次级线圈的单相进行整流。

另一方面,在三相整流器中,结构需要三个或六个二极管。当所有二极管都连接到变压器次级绕组的每一相时,纹波电压就会降低。它进一步创造了高变压器利用率。

单相整流器的优点

  • 适用于简单结构

三相整流器的优点

  • 首先,在使用大型系统时最受青睐

  • 其次,它提供了大量的电力

  • 此外,不需要任何额外的滤波器组件来降低 RF

  • 高效且具有更多 TUF

单相整流器的缺点

  • 首先,它提供少量功率。

  • 而且,具有较低的变压器利用率(TUF)

二极管

(二极管)

半波和全波整流器

半波整流中,整流器完全阻断了一半的脉动输入信号。然后,在每个完整周期中仅供应一半。这意味着一半的交流电源被浪费了。

半波整流需要一个二极管单相电源或三个三相电源。整流电压的平均电平是输入电压电平的一半。然而,正电压具有与输入电压相同的峰值交流输入电压电平。 

有两种设计半波整流器的方法。例如,在第一个模型中,交流电源直接与输出的负极端子相连。下一个设计将交流电源直接连接到输出的正极端子。

好处

  • 首先,它有一个高电压输出

  • 此外,它很便宜,因为它在电源整流中只使用一个二极管。

最后,它不需要电源变压器

全波整流器

该整流器反转丢失或阻塞的负输入交流电源信号。结果,它提高了输出信号的平均值。它还使输入交流电压波形频率加倍,这是半桥整流器无法实现的功能。并且,在产生的波形中,输入峰值和输出峰值是相等的。

设计全波整流器的两种常用方法是:中心抽头变压器和二极管桥电路。它还可以用作有源稳压器,允许大部分电流流向负载电路。

好处

  • 首先,整流效率高(81.2%)

  • 其次,它具有较低的 RF (0.48)

  • 另外,具有比较高的TUF

缺点

  • 首先,它需要一个变压器来运行

  • 不幸的是,它承受来自交流电源的相当大的内阻

  • 最后,它使用可能很昂贵的双二极管

构成因素: 

形状因数是电流的 RMS 值与直流输出电流的比值。

FormFactor = 当前 DC 输出电流的 RMS 值 Form Factor = 当前 DC 输出电流的 RMS 值。

全波整流器的外形系数为 1.11。

半波整流电路图片

(半波整流电路图)

桥式整流器

桥式整流器是一种交流到直流转换器,可将主交流输入整流为直流输出。桥式电路是用于为电气设备和电子元件提供直流电压的电源中使用的整流器。简单的桥式整流器通常使用负载电阻器。结果,这保证了流过它的电流在整个负半周和正半周中都是相等的。桥式整流器是电子电源中最常见的部件之一。

所述桥式整流器布置具有四个相邻二极管,也称作二极管电桥。峰值反向电压是二极管在负半周以反向偏置连接时的最高记录电压。在正半周期间,两个二极管处于导通点。剩下的一对处于桥式整流的非导通位置。整流器输出记录发生在负载电阻两端。

桥式整流器的优点

  • 一、整流效率更高(81.2%)

  • 此外,它还降低了纹波电压

  • 在桥式整流器操作中不需要变压器

  • 此外,使用中心抽头整流器称重时具有高 TUF

  • 最后,它通过使用简单的滤波获得高频

缺点

  • 首先,桥式整流器结构成本较高,因为它使用四个二极管

  • 由于系统中的电压下降而降低了输出电压

  • 再次,系统配置相当复杂

  • 最后,在较低电压下工作时,它会经历很大的内阻。

桥式整流器很好。在第一个 AC 周期中,二极管 D2 和 D4 正向偏置,从而导通。正电压在 D2 的阳极上,而 D4 的阴极端子上有负电压。信号的前半部分通过这两个二极管。在周期的后半段,二极管 D1 和 D3 正向偏置,从而导通。总体效果是AC的两半可以通过。之后,负半部分反转,变成正数。

整流电路--桥式整流器

(桥式整流器)

非受控整流器和受控整流器

不受控制的整流器

名称不受控制的整流器是指为特定交流电源提供固定直流输出电压的整流器类型。非受控整流器仅使用二极管,并且可以是;全波控制或半波控制整流器。然而,它们的效率较低,因为二极管只能打开或关闭。

可控整流器

该电路使用晶闸管将交流电源转换为直流电源,以控制负载的电源。半波可控整流器由单个可控硅(Silicon Controlled Rectifier)组成。它们具有与非受控整流器相同的设计,但它们使用 SCR。半波控制整流器可限制功率浪费,因为它们提供恒定功率控制。

3. 整流电路在电子产品中的工作原理

整流电路的工作原理

整流电路只需将交流电源转换为直流电源即可工作。它包括跨系统互锁的二极管,以创建电子向电源设备的前向运动。当交流电流过整流器电路时,二极管会消除交流电源的负电压摆幅。因此,它只留下正电压。一个简单的二极管只允许一个方向的电流流动,阻止相反方向的电流流动。

该图像描绘了来自整流二极管的交流电压波形。电流波形在电压的短暂增加和无电压周期之间具有交替间隔。它是直流电,因为它只有正电压。

整流电路--二极管桥图

(二极管桥图)

4、整流电路设计注意事项

在任何电气设备中设计整流电路时,都需要考虑一些预防措施。为了澄清起见,我们将讨论影响整流器设计选择的最重要的预防措施。

正半周期

在正半周期间,阳极和阴极之间出现的电压为正。这意味着二极管是正向偏置的。假设电路连接到一个理想二极管并且额定功率是恒定的。峰值电压为 Vm,简称为无压降的峰值电压值。

但是,我们应该将某些二极管上的压降视为具有 0.7V(压降)的硅二极管。只有当施加的输入电压超过阈值电压 (0.7V) 时,它才会正向偏置。因此,电路开始导通。 

峰值电压 = Vm – 0.7V(电压降)

负半周期

它与负半周不同,因为阳极和阴极之间出现的电压为负。整流器电路中的二极管被反向偏置,因此充当开路开关。它导致没有电流流动。这导致输出端的电压读数为零。

而且,在负半周,即使考虑使用的二极管,二极管两端的电压也是负的。这意味着输出的读数仍为 0V。

电压下降:

电源电压通常携带大量功率。电流在通过电路时的电势的部分功率损失称为电压降。 

VD= ( 2*L*R*I) / 1000

计算整流器散发的热量:

通常,这是由于二极管内出现电压下降和电阻而在整流过程中损失的热量。因此,了解电路中使用的特定二极管的压降很重要。 

Pheat(功率损耗)= Pmax(系统的最大输出功率)/Eff(整流模块的效率)– Pmax(系统的最大输出功率)。

峰值反向电压:

PIV 是指二极管在反向偏压下可以承受的最大电压。因此,如果超过,二极管可能会损坏。峰值反向电压等于输入电压。

峰值反向电压 (PIV) = 2Vs max = 2V smax

5. 平滑电容器

平滑电容器是一种平衡信号供应变化的系统。它们主要应用于整流器或电源电压之后。在半周期期间,电容器充电和放电时会产生平滑过渡。当电流流过正半周时,就会发生充电过程。

带平滑电容器的全波整流器

平滑电容器有助于改善二极管两端的不完整输出纹波。因此,平滑电容器通过二极管并联连接,以保持进入负载电路的稳定电压。

负载放置落在全波桥式整流器的输出上。然后电容器增加直流输出。结果,平滑电容器将整流器的纹波输出转换为更平滑的直流输出。

纹波电压与平滑电容器值成反比。这两个值的关系是

V纹波= I负载/(fxC)

或者,可以使用稳压器集成电路来提供恒定的直流电源。

5uF 平滑电容器

通过 5uF 平滑电容器的电荷和电容因电路内的连接而异。对于并联连接的电容器,等效电容将是电路中连接的所有电容器的总和。 

50uF 平滑电容器

同样,同样的原理也适用于 50uF 平滑电容器。并联电路连接中的电压对于所有电容器都是相同的。然而,与 5uF 电容器相比,50uF 的平滑电容器更强。

整流电路--电容器图


(电容器图片)

六,结论

本文已经建立了多种使用整流电路的设备。一种应用是电压调节器,而另一种常见用途包括电源组件和用于无线电信号的调幅检测器 (AMD)。该设备在早期的无线电接收器中也曾被普遍称为晶体检测器。

我们希望本文能回答您关于整流电路的所有问题。请随时与我们联系,了解制作整流器电路的基本组件。期待为您的项目提供帮助。