单相桥式整流电路基本原理与整流器件的合理选择.docVIP

单相桥式整流电路基本原理 与整流器件的合理选择 古亮亮 （上海交通大学，上海） 摘要：本文介绍了单相全波整流中最常用的单相桥式整流电路的结构及工作原理。总结并计算了该整流电路的主要参数。通过与常用单相半波整流电路和变压器中心抽头全波整流电路的比较，总结了单相桥式整流电路的几个优点。给出了根据电路的主要参数合理选择电路元件的方法。 关键词：单相桥式整流电路；整流电压；整流电流；二极管选择；电力电子技术 1 引言 在电能的生产和传输上，目前是以交流电为主。电力网供给用户的是交流电，而需要用直流电。整流，利用具有单向导电特性的器件，把方向和大小交变的电流变换为直流电单相桥式整流电路如图1所示，图中T为电源变压器，它的作用是将交流电网变成整流电路要求的交流电压 ，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。在的正半周，D3正向导通，D2、D4反偏截止，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器其电流通路可用图1中实线箭头表示。 的负半周，其极性，D3反偏截止，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器其电流通路如图1中虚线箭头所示。 图1 单相桥式整流电路 图2 单相桥式整流电路简化画法[3] 图3 整流变压器二次侧电压u的波形 图4 整流电路相应的输出电压与电流的波形 综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图。由图可见，通过负载RL的电流i以及电压的波形都是单方向的全波脉动波形。 （3） 该电路中还有一个不可忽视的参数，就是二极管反偏截止时所承受的最高反向电压。从图 1可得，当二极管D1和D3导通时，如忽略二极管的正向压降（将其视为导线），处于截止状态的D2和D4阴极电势就等于a点的电势，阳极电势就等于b点的电势。所以，处于截止状态的二极管所承受的最大反向电压就是变压器二次侧电压的最大值 ，即 （4） 流过负载的脉动电压中含有直流分量和交流分量，可将脉动电压作傅立叶分析，分析结果为[4] （5） 根据上式可得，此谐波分量中二次谐波幅度最大，是决定整流效果的主要因素。可依此定义脉动系数S，S为二次谐波幅值与平均值的比值[4] （6） 在一定程度上，可以根据S的大小来衡量某一整流电路的整流效果。 4 单相桥式全波整流的优点 与单相半波整流电路相比，单相桥式整流电路克服了半波整流只能利用电源的半个周期、同时整流电压的脉动比较大的缺点，同时还降低了流过每只二极管的平均电流，增大了平均输出电压。 与变压器中心抽头式的单相全波整流相比，单相桥式整流电路克服了其中心抽头变压器必须对称，每个线圈只有一半时间通过电流，变压器利用率不高的缺点。同时桥式整流还降低了二极管承受的最大反压。 综上所述，桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。电路的缺点是二极管用得较多，但目前市场上已有整流桥堆出售，如QL51A～G、QL62A～L等，其中QL62A～L的额定电流为2A，最大反向电压为25V～1000V。故单相桥式整流电路常画成图所示的简化形式。二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。和,但不能超出太多，有10%～30%的余量即可。 另外，在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。 二极管并联的情况：两只二极管并联每只分担电路总电流的一半三只二极管并联，每只分担电路总电流的三分之一。总之，有几只二极管并联，流经每只二极管的电流就等于总电流的