小功率整流滤波电路

小功率整流滤波电路

整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件（常称之为整流管）。

图1表示一个最简单的单相半波整流电路。图中T为电源变压器，将220V的电网电压变换为合适的交流电压，D为整流二极管，电阻RL代表需要用直流电源的负载。其工作原理为：在变压器副边电压v2为正的半个周期内，二极管正向导通，电流经二极管流向负载，在RL上得到一个极性为上正下负的电压；而在v2为负半周时，二极管反向截止，电流等于零。所以，在负载电阻RL两端得到的电压vL的极性是单方向的，达到了整流的目的。

衡量整流电路性能的常用技术指标有两个：一个是反映转换关系的，用整流输出电压的平均值来表示；另一个是反映输出直流电压平滑程度的，称为纹波系数。此外，还有与选择整流管有关的参数：流过整流管的平均电流和整流管的反向峰值电压。

常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。

一、单相桥式整流电路

1、工作原理

单相桥式整流电路如图1（a）所示，图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压vI变成整流电路要求的交流电压 ，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。

单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

在v2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图1（a）中实线箭头表示。

在v2的负半周，其极性与图示相反，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图1（a）中虚线箭头所示。

综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压。

根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图2。由图可见，通过负载RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。

桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。电路的缺点是二极管用得较多，但目前市场上已有整流桥堆出售，如QL51A～G、QL62A～L等，其中QL62A～L的额定电流为2A，最大反向电压为25V～1000V。故单相桥式整流电路常画成图1（b）所示的简化形式。

2、性能指标

整流电路的性能常用两个技术指标来衡量：一个是反映转换关系的，用整流输出电压的平均值来表示；另一个是反映输出直流电压平滑程度的，称为纹波系数。

（1）整流输出电压的平均值（即负载电阻上的直流电压VL）

VL定义为整流输出电压vL 在一个周期内的平均值，即

设变压器副边线圈的输出电压为 ，整流二极管是理想的。则根据桥式整流电路的工作波形，在vi 的正半周，vL = v2 ，且vL的重复周期为p ，所以

上式也可用其它方法得到，如用傅里叶级数对图XX_01中vL的波形进行分解后可得

式中恒定分量即为负载电压vL的平均值，因此有

（2）纹波系数

由vL的傅里叶级数表达式可以看出，最低次谐波分量的幅值为 ，角频率为电源频率的两倍，即2w。其他交流分量的角频率为4w、6w…等偶次谐波分量。这些谐波分量总称为纹波，它叠加于直流分量之上。常用纹波系数Kg 来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即

式中VLg为谐波电压总的有效值，它表示为

所以可得出桥式整流电路的纹波系数 。由于vL中存在一定的纹波，故需用滤波电路来滤除纹波电压。

3、整流元件参数

在选择整流二极管时，主要考虑两个参数，即最大整流电流和反向击穿电压。

在桥式整流电路中，二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为

在选择整流管时应保证其最大整流电流IF > ID 。

二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压可以从桥式整流电路的工作原理中得出。在v2正半周时，D1、D3导通，D2、D4截止。此时D2、D4所承受的最大反向电压均为v2的最大值，

即

同理