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。
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→VD1→RL→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→VD2→RL→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
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
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:
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
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。
(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)
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
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
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
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
二极管的平均电流
变压器的二次电压有效值为
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
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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