整流电路

什么是整改？

现在我们来看看二极管最流行的应用：整流 .简单定义，整流是将交流电（AC）转换为直流电（DC）。这涉及一种仅允许电荷单向流动的装置。正如我们所见，这正是半导体二极管的作用。最简单的整流电路是半波 整流器。它只允许交流波形的一半通过到负载。 （下图）

半波整流电路。

半波整流

对于大多数电源应用，半波整流不足以完成任务。整流器输出波形的谐波含量非常大，因此难以滤除。此外，交流电源每个完整周期仅向负载供电一半，这意味着其容量的一半未被使用。然而，半波整流是降低电阻负载功率的一种非常简单的方法。一些二位灯调光器开关将全交流电源施加到灯丝​​以获得“全”亮度，然后对其进行半波整流以获得较小的光输出。 （下图）

半波整流应用：两级调光器。

在“Dim”开关位置，白炽灯接收的功率大约是它在全波交流电下正常接收的功率的一半。因为半波整流功率脉冲比灯丝有时间加热和冷却要快得多，所以灯不会闪烁。相反，它的灯丝只是在比正常温度更低的温度下工作，提供更少的光输出。

这种将功率快速“脉冲”到响应缓慢的负载设备以控制发送到它的电力的原理在工业电子领域很常见。由于控制设备（在本例中为二极管）在任何给定时间都是完全导通或完全不导通的，因此它在控制负载功率的同时耗散很少的热能，从而使这种功率控制方法非常节能。该电路可能是向负载提供脉冲功率的最粗略的方法，但它足以作为概念验证应用。

全波整流器

如果我们需要对交流电源进行整流以获得两者的充分利用 正弦波的半周期，必须使用不同的整流电路配置。这种电路称为全波 整流器。一种全波整流器，称为center-tap 设计中，使用一个带有中心抽头次级绕组和两个二极管的变压器，如下图。

全波整流器，中心抽头设计。

正半周期

该电路的操作很容易理解，一次一个半周期。考虑前半个周期，当电源电压极性在顶部为正 (+) 而在底部为负 (-) 时。此时，只有顶部二极管导通；底部二极管阻止电流，负载“看到”正弦波的前半部分，顶部为正，底部为负。如下图所示，在这半个周期内，只有变压器次级绕组的上半部分承载电流。

全波中心抽头整流器：在输入的正半周期间，次级绕组的上半部分导通，向负载提供正半周。

负半周期

在下一个半周期内，交流极性反转。现在，另一个二极管和变压器次级绕组的另一半承载电流，而之前在最后一个半周期承载电流的电路部分则闲置。负载仍然“看到”正弦波的一半，与以前的极性相同：顶部为正，底部为负。 （下图）

全波中心抽头整流器：在负输入半周期间，次级绕组的下半部分导通，向负载提供正半周。

全波整流设计的缺点

这种全波整流器设计的一个缺点是需要带有中心抽头次级绕组的变压器。如果所讨论的电路是高功率电路，那么合适变压器的尺寸和费用就很重要。因此，中心抽头整流器设计仅见于低功耗应用。

其他配置

负载处的全波中心抽头整流器极性可以通过改变二极管的方向来反转。此外，反向二极管可以与现有的正输出整流器并联。结果是下图中的双极性全波中心抽头整流器。注意二极管本身的连通性与电桥的配置相同。

双极性全波中心抽头整流器

全波桥式整流器

另一种更流行的全波整流器设计是围绕四二极管桥配置构建的。出于显而易见的原因，这种设计被称为全波桥 . （下图）

全波桥式整流器。

全波桥式整流电路的电流方向，交流电源波形的正半周和负半周的电流方向如下图所示。请注意，无论输入的极性如何，电流都会以相同的方向流过负载。即源极负半周为负载正半周。

电流流过两个极性串联的二极管。因此，在二极管中损失了两个二极管电压降（Si 为 0.7·2=1.4 V）。与全波中心抽头设计相比，这是一个缺点。该缺点仅在极低电压电源中存在。

全波桥式整流器：正半周电流。

全波桥式整流器：负半周电流。

替代全波桥式整流电路图

记住全波桥式整流器电路中二极管的正确布局通常会让电子学的新生感到沮丧。我发现这个电路的另一种表示更容易记住和理解。这是完全相同的电路，除了所有二极管都以水平姿态绘制，都“指向”同一方向。 （下图）

全波桥式整流器的另一种布局方式。

使用替代布局的多相版本

记住桥式整流器电路的这种布局的一个优点是它可以轻松扩展为下图所示的多相版本。

三相全波桥式整流电路。

每条三相线连接一对二极管：一个将电源路由到负载的正 (+) 侧，另一个将电源路由到负载的负 (-) 侧。

三相以上的多相系统很容易适应桥式整流器方案。以下图中的六相桥式整流电路为例。

六相全波桥式整流电路。

当多相交流被整流时，相移脉冲彼此重叠以产生比单相交流整流产生的“更平滑”（交流成分更少）的直流输出。这在高功率整流电路中是一个决定性的优势，在这种电路中，滤波组件的绝对物理尺寸会令人望而却步，但必须获得低噪声直流电源。下图为三相交流全波整流示意图。

三相交流和三相全波整流输出。

纹波电压

在任何整流情况下——单相或多相——与整流器的直流输出混合的交流电压量被称为纹波电压 .在大多数情况下，由于“纯”DC 是理想的目标，因此纹波电压是不可取的。如果功率水平不太大，可以采用滤波网络来减少输出电压中的纹波量。

1 脉冲、2 脉冲和 6 脉冲单元

有时，整流的方法是通过计算每 360 ^o 输出的直流“脉冲”数 电“旋转”。那么，单相半波整流电路将被称为 1-pulse 整流器，因为它在一个完整周期 (360 ^o ) 的交流波形。单相全波整流器（无论设计、中心抽头或桥接器）将被称为 2-pulse 整流器，因为它在一个交流周期的时间内输出两个直流脉冲。三相全波整流器将被称为6-pulse 单位。

整流电路相位

现代电气工程惯例通过使用相的三场符号进一步描述了整流电路的功能 , 方式 ，以及脉冲的数量 .单相半波整流器电路被赋予了 1Ph1W1P（1 相、1 路、1 脉冲）的有点神秘的名称，这意味着交流电源电压是单相的，即交流电源线每一相上的电流只向一个方向（方式）移动，并且每 360 ^o 产生一个直流脉冲 电动旋转。

在这个符号系统中，单相、全波、中心抽头整流器电路将被指定为 1Ph1W2P：1 相、1 个方向或每个绕组一半的电流方向，以及每个周期 2 个脉冲或输出电压。

单相全波桥式整流器将被指定为 1Ph2W2P：与中心抽头设计相同，除了电流之外，可以两者 通过交流线路的方式，而不仅仅是一种方式。

前面展示的三相桥式整流电路称为3Ph2W6P整流器。

是否可以获得比整流电路中相数两倍更多的脉冲？

这个问题的答案是肯定的：尤其是在多相电路中。通过创造性地使用变压器，可以将多组全波整流器并联，从而为三相交流电产生六个以上的直流脉冲。一个 30 ^o 当绕组配置不同时，三相变压器的初级到次级会引入相移。

换句话说，连接 Y-Δ 或 Δ-Y 的变压器将表现出这个 30 ^o 相移，而连接 Y-Y 或 Δ-Δ 的变压器则不会。这种现象可以通过让一个连接 Y-Y 的变压器为桥式整流器供电，并让另一个连接 Y-Δ 的变压器为第二个桥式整流器供电，然后并联两个整流器的直流输出来利用。 （下图）

由于两个整流器输出的纹波电压波形相移了30 ^o 从另一个角度看，它们的叠加比单独考虑的任一整流器输出产生的纹波更小：每 360 ^o 12 个脉冲 而不仅仅是六个：

多相整流电路：3相2路12脉（3Ph2W12P）

评论：

• 整改 是交流电 (AC) 到直流电 (DC) 的转换。
• 半波 整流器是一种电路，它只允许将交流电压波形的一个半周期施加到负载，从而在负载上产生一个非交替极性。输送到负载的由此产生的直流电显着“脉动”。
• 全波 整流器是一种将交流电压波形的两个半周期转换为连续的同极性电压脉冲序列的电路。由此产生的输送到负载的直流电不会“脉动”那么多。
• 多相交流电经过整流后，会产生更“平滑”的直流波形（纹波 电压）比整流单相交流电。

相关工作表：

• 整流二极管工作表