在之前的功率二極管工作原理那篇中，我們討論了通過(guò)在負(fù)載電阻上連接平滑電容來(lái)減少直流電壓上的紋波或電壓變化的方法。
雖然這種方法可能適用于低功率應(yīng)用，但它不適合需要“穩(wěn)定和平穩(wěn)”DC電源電壓的應(yīng)用。改善這一點(diǎn)的一種方法是使用輸入電壓的每個(gè)半周期而不是每隔一個(gè)半周期。允許我們這樣做的電路稱(chēng)為全波整流器。
與半波電路一樣，全波整流電路產(chǎn)生純DC或具有某些特定DC分量的輸出電壓或電流。全波整流器與半波整流器相比具有一些基本優(yōu)勢(shì)。平均（DC）輸出電壓高于半波，全波整流器的輸出具有比半波整流器小得多的紋波，從而產(chǎn)生更平滑的輸出波形。
在全波整流器電路中，現(xiàn)在使用兩個(gè)二極管，每個(gè)半周期一個(gè)。使用多繞組變壓器，其次級(jí)繞組被分成兩半，具有共同的中心抽頭連接（C）。這種配置導(dǎo)致每個(gè)二極管在其陽(yáng)極端子相對(duì)于變壓器中心點(diǎn)C為正時(shí)依次導(dǎo)通，在兩個(gè)半周期期間產(chǎn)生輸出，是半波整流器的兩倍，因此如下所示它是100％有效的。
全波整流原理
全波整流電路由兩個(gè)連接到單個(gè)負(fù)載電阻（R L）的功率二極管組成，每個(gè)二極管依次將其提供給負(fù)載。當(dāng)點(diǎn)甲變壓器的是正相對(duì)于指向Ç，二極管d1在向前方向上傳導(dǎo)由箭頭所示。
當(dāng)點(diǎn)B相對(duì)于點(diǎn)C為正（在周期的負(fù)半周）時(shí)，二極管D2正向傳導(dǎo)，并且流過(guò)電阻器R的電流在兩個(gè)半周期內(nèi)處于相同方向。由于電阻器R兩端的輸出電壓是兩個(gè)波形組合的相量和，這種類(lèi)型的全波整流電路也稱(chēng)為“雙相”電路。
如果我們?cè)谌コ交娙萜鞯腜artim模擬器電路中運(yùn)行電路，我們可以非常清楚地看到這種影響。
Partim仿真波形
由于每個(gè)二極管產(chǎn)生的每個(gè)半波之間的空間現(xiàn)在被另一個(gè)二極管填充，負(fù)載電阻兩端的平均直流輸出電壓現(xiàn)在是單個(gè)半波整流電路的兩倍，并且最大約為 0.637V 。峰值電壓，假設(shè)沒(méi)有損失。
其中：V MAX是次級(jí)繞組的一半中的最大峰值，V RMS是有效值。
輸出波形的峰值電壓與之前的半波整流器相同，只要每半個(gè)變壓器繞組具有相同的均方根電壓值。為了獲得不同的DC電壓輸出，可以使用不同的變壓器比率。
這種類(lèi)型的全波整流電路的主要缺點(diǎn)是，對(duì)于給定功率輸出需要較大的變壓器，具有兩個(gè)獨(dú)立但相同的次級(jí)繞組，使得這種類(lèi)型的全波整流電路與“全波橋式整流器”電路等效相比成本高。 。
全波橋整流器
產(chǎn)生與上述全波整流電路相同的輸出波形的另一種類(lèi)型的電路是全波橋式整流器。這種類(lèi)型的單相整流器使用四個(gè)獨(dú)立的整流二極管，以閉環(huán)“橋”配置連接，以產(chǎn)生所需的輸出。
該橋接電路的主要優(yōu)點(diǎn)是它不需要特殊的中心抽頭變壓器，從而減小了其尺寸和成本。單個(gè)次級(jí)繞組連接到二極管橋接網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)，負(fù)載連接到另一側(cè)，如下所示。
二極管橋整流器
標(biāo)記為D 1至D 4的四個(gè)二極管以“串聯(lián)對(duì)”排列，在每個(gè)半周期期間僅有兩個(gè)二極管導(dǎo)通電流。在電源的正半周期期間，二極管D1和D2串聯(lián)導(dǎo)通，而二極管D3和D4反向偏置，電流流過(guò)負(fù)載，如下所示。
正半周期
在電源的負(fù)半周期期間，二極管D3和D4串聯(lián)導(dǎo)通，但二極管D1和D2切換為“OFF”，因?yàn)樗鼈儸F(xiàn)在是反向偏置的。流過(guò)負(fù)載的電流與之前的方向相同。
負(fù)半周期
由于流過(guò)負(fù)載的電流是單向的，因此負(fù)載兩端產(chǎn)生的電壓也是單向的，與前兩個(gè)二極管全波整流器相同，因此負(fù)載兩端的平均直流電壓最大為0.637V。
橋式整流器
然而實(shí)際上，在每個(gè)半周期期間，電流流過(guò)兩個(gè)二極管而不是僅一個(gè)二極管，因此輸出電壓的幅度是比輸入V MAX幅度小兩個(gè)電壓降（2 * 0.7 = 1.4V）。紋波頻率現(xiàn)在是電源頻率的兩倍（例如，50Hz電源為100Hz，60Hz電源為120Hz）。
雖然我們可以使用四個(gè)獨(dú)立的功率二極管來(lái)制作全波橋式整流器，但預(yù)制的橋式整流器組件可以“現(xiàn)成的”提供各種不同的電壓和電流尺寸，可以直接焊接到PCB電路板上或通過(guò)鏟形連接器連接。
右圖顯示了一個(gè)典型的單相橋式整流器，其中一個(gè)角被切斷。該截止角表示最靠近拐角的端子是正或+ ve輸出端子或引線，相反（對(duì)角線）引線為負(fù)或-ve輸出引線。另外兩個(gè)連接引線用于來(lái)自變壓器次級(jí)繞組的輸入交流電壓。
平滑電容器
我們?cè)谇耙还?jié)中看到，單相半波整流器每半個(gè)周期產(chǎn)生一個(gè)輸出波，并且使用這種類(lèi)型的電路來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的直流電源是不切實(shí)際的。然而，全波橋式整流器為我們提供了更大的平均DC值（0.637 Vmax），具有更少的疊加紋波，而輸出波形是輸入電源頻率的兩倍。
通過(guò)使用平滑電容器對(duì)輸出波形進(jìn)行濾波，我們可以提高整流器的平均直流輸出，同時(shí)降低整流輸出的交流變化。與全波橋式整流電路的輸出端的負(fù)載并聯(lián)連接的平滑或儲(chǔ)存電容器使平均DC輸出電平更高，因?yàn)殡娙萜飨翊鎯?chǔ)裝置那樣起作用，如下所示。
具有平滑電容器的全波整流器
平滑電容將整流器的全波波紋輸出轉(zhuǎn)換為更平滑的DC輸出電壓。如果我們現(xiàn)在運(yùn)行安裝了不同平滑電容值的Partsim仿真器電路，我們可以看到它對(duì)整流輸出波形的影響，如圖所示。
5uF平滑電容器
波形上的藍(lán)色圖表顯示了在整流器輸出端使用5.0uF平滑電容的結(jié)果。以前，負(fù)載電壓跟隨整流輸出波形降至零伏。這里5uF電容器充電到輸出DC脈沖的峰值電壓，但當(dāng)它從峰值電壓下降回到零伏時(shí)，由于電路的RC時(shí)間常數(shù)，電容器不能快速放電。
這導(dǎo)致電容器放電至約3.6伏，在該示例中，保持負(fù)載電阻器兩端的電壓，直到電容器在DC脈沖的下一個(gè)正斜率上再次再充電。換句話說(shuō)，電容器只有在下一個(gè)DC脈沖重新充電到峰值之前短暫放電的時(shí)間。因此，施加到負(fù)載電阻器的DC電壓僅下降少量。但是我們可以通過(guò)增加平滑電容的值來(lái)改善這一點(diǎn)，如圖所示。
50uF平滑電容器
在這里，我們將平滑電容的值從5uF增加到50uF，這減少了紋波，將最小放電電壓從之前的3.6伏增加到7.9伏。然而，使用Partsim仿真器電路我們選擇了1kΩ的負(fù)載來(lái)獲得這些值，但隨著負(fù)載阻抗的減小，負(fù)載電流增加，導(dǎo)致電容器在充電脈沖之間更快地放電。
通過(guò)使用更大的電容器可以減少用單個(gè)平滑電容器或儲(chǔ)存電容器提供重負(fù)載的效果，該電容器存儲(chǔ)更多能量并且在充電脈沖之間放電更少。通常對(duì)于DC電源電路，平滑電容器是鋁電解型電容器，其電容值為100uF或更高，其中來(lái)自整流器的重復(fù)DC電壓脈沖將電容器充電至峰值電壓。
但是，在選擇合適的平滑電容時(shí)需要考慮兩個(gè)重要參數(shù)，即工作電壓必須高于整流器的空載輸出值及其電容值，這將決定出現(xiàn)的紋波量。疊加在直流電壓之上。
電容值太低，電容對(duì)輸出波形影響不大。但如果平滑電容足夠大（可以使用并聯(lián)電容）并且負(fù)載電流不是太大，則輸出電壓幾乎與純DC一樣平滑。作為一般經(jīng)驗(yàn)法則，我們希望峰峰值之間的紋波電壓小于100mV。
全波整流電路的最大紋波電壓不僅取決于平滑電容的值，還取決于頻率和負(fù)載電流，計(jì)算公式如下：
橋式整流器紋波電壓
其中：I是以安培為單位的直流負(fù)載電流，ƒ是紋波的頻率或輸入頻率的兩倍（赫茲），C是以法拉為單位的電容。
全波橋式整流器的主要優(yōu)點(diǎn)是，與同等的半波整流器相比，它對(duì)于給定負(fù)載具有更小的AC紋波值，并且具有更小的儲(chǔ)存器或平滑電容器。因此，紋波電壓的基頻是交流電源頻率（100Hz）的兩倍，對(duì)于半波整流器，它恰好等于電源頻率（50Hz）。
通過(guò)向橋式整流器的輸出端子添加大大改進(jìn)的π-濾波器（π-濾波器），可以基本上消除二極管疊加在DC電源電壓之上的紋波電壓量。這種類(lèi)型的低通濾波器由兩個(gè)平滑電容器組成，通常具有相同的值，并且在它們兩端有一個(gè)扼流圈或電感，為交流紋波元件引入高阻抗路徑
另一種更實(shí)用，更便宜的替代方案是使用現(xiàn)成的3端電壓調(diào)節(jié)器IC，例如LM78xx（其中“xx”代表輸出電壓額定值）用于正輸出電壓或其反向等效LM79xx用于負(fù)值輸出電壓可以將紋波降低70dB以上（數(shù)據(jù)手冊(cè)），同時(shí)提供超過(guò)1安培的恒定輸出電流。
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