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电源设计:全波整流器和半波整流器

发布时间:2022-06-28

在由电源电压供电的电子电路中,输入交流电压必须转换为具有足够稳定度的直流电压。整流交流电压的简单方法是使用常规半导体二极管,这是一种无源非线性电子元件,其特性是允许电流在一个方向上流动而在另一个方向上流动。图1显示了半波整流器电路的原理图,而图2显示了使用中心抽头变压器的全波整流器。电阻RL模拟输出负载的存在,而VM表示变压器每个次级绕组上的电压。

图1:基本的半波整流器电路原理图

图2:基本的全波整流器电路原理图
在刚刚显示的两种配置中,负载上的峰值电压大约等于变压器次级绕组提供的峰值电压。特别是在半波整流器的情况下,VCCDC输出电压由以下公式给出,其中VMAX表示交流输入电压的峰值:
另一方面,对于全波整流器,VCC电压由以下公式给出,其中VMAX现在代表两个变压器的次级绕组中每个绕组的峰值:
降低纹波

对于大多数应用,上述电路产生的输出电压的纹波过高。相反,对于非常简单的应用(例如为灯供电或控制小型电动机),这是可以接受的。通过在整流二极管之后增加一个滤波电容器,输出电压波形将显着改善,从而大幅降低纹波。图3中的电路使用一个中心抽头变压器和两个整流二极管,而图4中的电路使用一个常规变压器,在常规电桥配置中,该变压器只有一个次级绕组和四个整流二极管。两种原理图通常用于从交流电源开始获得直流电压。

图3:带中心抽头变压器的全波整流器

图4:带桥式整流二极管的全波整流器
输出波形

图5显示了在图1的半波整流器电路中增加一个滤波电容器所产生的效果:正如我们所看到的,输出电压更加规则,并具有平滑的趋势。在b–c节中,具有线性趋势,是由滤波电容器提供充电电流。随着电流的增加,该部分的斜率变得越来越陡,从而确定了正半波上c点的位置。点c越低,二极管的导通时间就越长(对应于c–d的周期),因此输出电压的纹波也就越大。在与c节相关的期间–d,电容器已充电。如果连接的负载需要高电流,则电容器将很快放电,从而增加纹波。因此,对于要求高功率电平的电路,基于全波整流器的解决方案是优选的。

图5:带滤波电容的全波整流器的输出波形
如果负载吸收的电流为零,则直流输出电压等于整流交流电压的峰值。

全波整流器中的电压纹波不仅取决于滤波电容器的容量,还取决于纹波频率和负载电流:

其中,ILOAD(A)是负载吸收的直流电流,f(Hz)是纹波频率,C(farad)是滤波电容器的容量。

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