电源设计：全波整流器和半波整流器

作者：Editorial Staff

在由电源电压供电的电子电路中，输入交流电压必须转换为具有足够稳定度的直流电压。整流交流电压的最简单方法是使用常规半导体二极管，这是一种无源非线性电子元件，其特性是允许电流在一个方向上流动而在另一个方向上流动。图1显示了半波整流器电路的原理图，而图2显示了使用中心抽头变压器的全波整流器。电阻RL模拟输出负载的存在，而VM表示变压器每个次级绕组上的最大电压。

图1：基本的半波整流器电路原理图


图2：基本的全波整流器电路原理图

在刚刚显示的两种配置中，负载上的峰值电压大约等于变压器次级绕组提供的峰值电压。特别是在半波整流器的情况下，VCCDC输出电压由以下公式给出，其中VMAX表示交流输入电压的峰值：



另一方面，对于全波整流器，VCC电压由以下公式给出，其中VMAX现在代表两个变压器的次级绕组中每个绕组的峰值：



降低纹波

对于大多数应用，上述电路产生的输出电压的纹波过高。相反，对于非常简单的应用（例如为灯供电或控制小型电动机），这是可以接受的。通过在整流二极管之后增加一个滤波电容器，输出电压波形将显着改善，从而大幅降低纹波。图3中的电路使用一个中心抽头变压器和两个整流二极管，而图4中的电路使用一个常规变压器，在常规电桥配置中，该变压器只有一个次级绕组和四个整流二极管。两种原理图通常用于从交流电源开始获得直流电压。

图3：带中心抽头变压器的全波整流器


图4：带桥式整流二极管的全波整流器

输出波形

图5显示了在图1的半波整流器电路中增加一个滤波电容器所产生的效果：正如我们所看到的，输出电压更加规则，并具有平滑的趋势。在b–c节中，具有线性趋势，是由滤波电容器提供充电电流。随着电流的增加，该部分的斜率变得越来越陡，从而确定了正半波上c点的位置。点c越低，二极管的导通时间就越长（对应于c–d的周期），因此输出电压的纹波也就越大。在与c节相关的期间–d，电容器已充电。如果连接的负载需要高电流，则电容器将很快放电，从而增加纹波。因此，对于要求高功率电平的电路，基于全波整流器的解决方案是优选的。

图5：带滤波电容的全波整流器的输出波形

如果负载吸收的电流为零，则直流输出电压等于整流交流电压的峰值。

全波整流器中的最大电压纹波不仅取决于滤波电容器的容量，还取决于纹波频率和负载电流：

其中，ILOAD（A）是负载吸收的直流电流，f（Hz）是纹波频率，C（farad）是滤波电容器的容量。