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单相桥式整流电路优化:原理、应用及设计

更新时间:2025-01-09 工作计划 版权反馈
【摘要】:为了减小输出电压的波动,提高整流效率可采用单相全波整流电路,目前广泛应用的全波整流电路是桥式整流电路。由式可见,基波角频率为u2的2倍,即100Hz,基波的最大值为因此脉动系数为即桥式整流电路输出电压的脉动系数为67%。通过比较可知,桥式整流电路的脉动成分虽然比半波整流电路有所下降,但数值仍然比较大。已知交流电源电压U1=220V,负载电阻RL=50Ω,采用单相桥式整流电路供电,要求输出电压平均值UO=24V。

为了减小输出电压的波动,提高整流效率可采用单相全波整流电路,目前广泛应用的全波整流电路是桥式整流电路。如图10-3a所示,桥式整流电路是利用二极管接成桥式电路,正弦交流电压u2正负半周都有电流从同一方向流过负载,从而在负载RL上获得如图10-3中uO的波形,这种方式称为全波整流。

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图10-3 单相桥式整流电路

a)电路 b)工作原理 c)工作波形

1.工作原理

电源变压器的一次接交流电压u1,则在变压器T的二次就会产生感应电压u2。当u2在正半周时,图10-3a中a点的电位高于b点的电位,二极管VD1和VD3导通,而二极管VD2和VD4截止,负载RL上的电流是自上而下流过负载,电流流经的路线是:a点→VD1RL→VD3→b点,负载上得到了与u2正半周相同的电压;在u2的负半周,b点的电位高于a点的电位,二极管VD2和VD4导通而VD1和VD3截止,负载RL上的电流仍然是自上而下流过负载,电流流经的路线是:b点→VD2RL→VD4→a点,负载上得到了与u2负半周相同的电压。

2.主要技术参数

(1)输出电压平均值UO(AV)

输出直流电压UO(AV)是整流电路输出电压的瞬时值uO在一个周期内的平均值,即

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式(10-10)说明,在桥式整流电路中,负载上得到的直流电压约为变压器二次电压有效值的90%。桥式整流为全波整流,故负载上的平均电压比半波整流电路大一倍。

(2)输出电流平均值IO(AV)

桥式整流负载上的平均电流比半波整流电路大一倍,即

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桥式整流电路的结构决定了每只二极管只在半个周期内导通,所以在一个周期内流过每个二极管的平均电流只有负载电流的一半,每只二极管所承受的反向电压亦为变压器二次电压的峰值。

(3)脉动系数S

为了估算输出电压基波的最大值UO1M,可将图10-3c中桥式整流电路输出电压uO的波形用傅里叶级数表示如下:

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式中,第一项为输出电压的平均值,第二项即是基波成分。由式可见,基波角频率为u2的2倍,即100Hz,基波的最大值为

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因此脉动系数为

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即桥式整流电路输出电压的脉动系数为67%。通过比较可知,桥式整流电路的脉动成分虽然比半波整流电路有所下降,但数值仍然比较大。

(4)二极管正向平均电流ID(AV)

在桥式整流电路中,各二极管轮流导电,每个整流二极管的平均电流等于输出电流平均值的一半,即(www.xing528.com)

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当负载电流平均值已知时,可以根据IO(AV)来选定整流二极管的IVD(AV)

(5)二极管承受的最大反向电压URM

每个整流管所承受的最大反向电压URM是指整流二极管截止时,在它两端所加的最大反向电压。选管时应选耐压比数值高的二极管,以免被击穿。由图10-3很容易看出,整流二极管承受的最大反向电压就是变压器二次侧电压的最大值,即

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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IF和最高反向工作电压UR均应至少留有10%的余量,以保证二极管安全工作,即选取

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现将单相半波和桥式整流电路的主要参数列于表10-1中,便于读者进行比较。

表10-1 单相整流电路的主要参数

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由表10-1可知,若u2相同,半波整流电路的输出直流电压比桥式整流电路低,而脉动系数比桥式整流电路高。桥式整流电路的输出电压平均值比半波整流电路提高了一倍;若IO相同,每个整流二极管流过的平均电流减少了一半;同时,脉动系数也下降了许多;每个二极管承受的反向峰值电压相同。桥式整流电路虽然比半波整流电路增加了三个二极管,但二极管价格低,多用三个二极管也不会带来很大的代价。

【例10-1】已知交流电源电压U1=220V,负载电阻RL=50Ω,采用单相桥式整流电路供电,要求输出电压平均值UO(AV)=24V。试问:如何选用整流二极管。

解:负载电流的大小为

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二极管的平均电流

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变压器的二次电压有效值为

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考虑到变压器二次侧绕组及二极管的压降,变压器二次侧电压大约需提高10%,即

U2=26.6V×1.1≈29.3V

二极管最大反向电压为

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因此,可选用型号为2CZ54C的二极管,它的最大整流电流为500mA,反向工作峰值电压为100V。

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