220V直接整流的整流电路设计

　　前言

　　交流市电直接整流是带有开关电源的电气电子装置获得电源的最简单的方法，由于这种方案在电路上简单实用，大大的简化了电源电路，同时也降低了电源电路的成本，随之而来的问题就是需要正确选择整流电路拓扑、整流器件和滤波电容器。单相电容输入式整流滤波电路简单，成本低的优点而得到普遍的应用。

　　由于滤波电容器的电压作用，单相电容输入式整流滤波电路的二极管导通不再是导电完整的半个周期，而是窄脉冲，这就使得整流二极管的参数选择与电感输入式滤波的整流电路的二极管选择有很大的不同。

　　1．电容输入式滤波的单相整流电路工作状态

　　整流器的作用是将电网输入的交流电转化为直流电，为使整流后的直流电平滑，通常输入整流器输出端直接并联滤波电容器，整流电路与波形如图1。

图1 单向整流滤波电路与波形

　　由于整流器的单向导电性，在输入电压瞬时值小于滤波电容器上电压（整流输出电压）整流器不导通，使输入电流变为2~4mS的窄脉冲。为获得所需要的整流输出电流，这个电流窄脉冲的幅值将很高。通常将输入电流峰值与有效值的比值称为波形系数，在交流220V输入整流器直接整流时，这个波形系数（峰值电流与有效值电流的比值）约为2.5~3，大于正弦波的√2。整流器输出电流有效值与平均值之比约为2~ 2.2，大于正弦波的1.1，峰值电流与平均值之比接近6，决定二极管发热的有效值电流将明显大于电感输入式滤波的工作状态。

　　2．整流器额定电流的选择

　　由于整流器输出电流有效值与平均值之比很大。因此，在选择整流器的额定电流（IT）时应充分留有电流安全裕量，通常的选择为：整流器的额定电流（IT）应为输出电流的3~10倍。

　　整流输出电压（V_O）平均值约为输入电压有效值（V_IN）的1.2~1.3倍。在220V±20%交流输入时，最低整流输出电压V_DC约200V，在85V~265V交流输入时，最低整流输出电压V_DC约90V。

　　整流输出电流I_O为：

　　（1）

　　将输入电压、输出功率、效率及整流器额定电流与整流输出电流的关系代入即得到输出功率与输出电流的关系。

　　由式（1）可以得到：

　　输入电压为220V±20%，效率为80%时输出电流与输出功率的关系为：

　　（2）

　　对应的整流器的额定电流与输出功率的关系应为：

　　（3）

　　输入电压为85V~265V，效率为80%时输出电流与输出功率的关系：

　　（4）

　　对应的整流器的额定电流与输出功率的关系应为：

　　（5）

　　3．整流器额定电压的选择

　　整流器承受的理论上的电压峰值为交流输入电压峰值，在220V（1+20%）的条件下，整流器将承受约370V的峰值电压。

　　由于交流电网中存在的瞬时过电压等过电压因素的存在，为确保整流器安全工作，需要整流器的额定电压（VR）应为最高输入电压有效值2倍以上。通常输入电压220V±20%或输入电压85V~265V应选择800V以上耐压的整流器模块或二极管。

　　4．二极管的散热能力与二极管的降额使用

　　6A及以下电流的轴向引线式二极管的散热方式是利用其铜引线将管芯产生的热量到处是放到环境，因此轴向引线式二极管的允许流过的电流将取决于二极管的引线温度状态。在轴向引线二极管数据表中的额定电流是距管芯8.3mm（3/8英寸）或12.7mm（1/2英寸）的引线处温度为70℃的条件下测试的。随着该点温度的上升，二极管允许流过的电流随之降低直至该点温度达到150℃时允许流过的电流下降到零。

　　距管芯8.3mm（3/8英寸）或12.7mm（1/2英寸）的引线处温度取决于二极管自身的发热程度和二极管引线的散热条件。引线越短，散热能力越差。因此在剪短二极管引线后二极管所能承受的电流必将降低，在实际应用中二极管的额定电流应留有足够的裕量。

　　5．应用实例

　　例如一个耗电150W的彩色电视机，输入采用220V交流电直接整流输出，整流器在输入电压为220V时的整流输出电压约为270V，整流输出电流平均值约为0.56A，如果仅仅从这个平均值考虑选择4只1N4007就可以了，但是实际应用中却采用了6A的整流桥，与前面提到的整流器的额定电流（IT）应为输出电流的3~10倍是相吻合的。