单相半波整流电路优化方案

1.工作原理

在小功率整流电路中，单相半波整流电路凭借其电路结构简单的特点广泛应用于电工电子技术中。二极管具有单向导电的特性：当二极管加正向电压时，二极管导通，其正向电阻很小；当加反向电压时，二极管截止，呈现很大的电阻（在不引起反向击穿的情况下）。这样，二极管就相当于一个开关。整流电路就是利用二极管的这种开关特性构成的。为简化分析，当整流电压远大于二极管导通电压时，可忽略二极管正向导通时的电阻r_d，即将二极管看成理想开关。单相半波整流电路如图10-2a所示，它由电源变压器T，整流二极管VD和负载电阻R_L组成，其中，电源变压器除了实现变换电压的作用外，还能保证直流电压与交流电压良好的隔离。下面分析其工作原理。

如图10-2所示电路，，，（U₁、U₂为交流电压的有效值）。当u₂极性为上正下负，整流二极管VD正向偏置而导通，流过二极管的电流i_D同时流过负载，极性为上正下负，所以负载电阻R_L上的电压u_O≈u₂。当u₂为负半周时，其极性为上负下正，整流二极管VD反向偏置而截止，流过二极管的电流i_D=0，输出电流i_O也为0，因此，输出电压u_O也为0。此时，u₂全部加到整流二极管两端，它所承受的反向电压u_D=u₂。电路的工作波形如图10-2b所示。

图10-2 单相半波整流电路

a）电路组成 b）电压和电流波形

图中U_O（AV）表示输出电压平均值，它反映整流电路将交流电压转换成直流电压的能力，I_VD（AV）是流过二极管的正向平均电流值，I_O（AV）是输出电流平均值。

2.主要技术参数

（1）输出电压平均值U_O（AV）

输出电压平均值是负载上的输出电压在一个周期内的电压平均值。当0≤ωt≤π时，t，U₂是二次电压的有效值；当π≤ωt≤2π时，u_O=0。所以单相半波整流电压的平均值U_O（AV）为

（2）输出电流平均值I_O（AV）

流过负载的直流输出电流为

（3）脉动系数

整流电路输出电压的脉动系数S定义为输出电压基波的最大值U_O1M与其平均值U_O（AV）之比，即

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为了估算U_O1M，可将图10-2b中桥式整流电路的输出波形用傅里叶级数表示如下：

式中，第一项为输出电压的平均值，第二项即是基波成分。所以，基波的最大值为

因此脉动系数为

由式（10-5）可知，单相半波整流电路的输出电压脉动很大，其基波峰值约为平均值的1.57倍。

（4）整流二极管极限参数的计算

在半波整流电路中，流过整流二极管VD的平均电流等于输出平均电流

整流二极管截止时，它两端所承受的最大反向电压等于变压器二次峰值电压，即

一般允许电网电压有±10%的波动，即电源变压器一次电压U₁为198～242V。所以在选用二极管时，对于最大整流平均电流I_F和最高反向工作电压U_R均应至少留有10%的余量，以保证二极管安全工作，即选取

单相半波整流电路的优点是结构简单，使用的元器件少。但是也存在着明显缺点：输出波形的脉动大；只利用了电源的半个周期，所以电源利用率低，输出的直流电压比较低，电路的工作效率低；变压器电流含有直流成分，容易饱和。所以，半波整流电路只用在对脉动要求不高，输出电流较小的场合。