二极管单相整流电路:桥式整流工作原理及桥式整流组件(硅堆)

多数电子设备都需采用直流电源供电,利用二极管的单向电特性,可将正弦交流电压变换成单一方向的脉动直流电压,现交流变直流的电路称为整流电路。经过整流后的单向脉动直电压还需加接滤波电路进一步减小输出电压脉动程度,使脉动压变为波纹很小的直流电压。单相桥式整流电路是最常用的单相整流电路。

电路工作原理

如下图a、b、c所示是用四个二极管组成的桥式整流电路。图中画出三种常用的画法。由四个二极管VD1~VD4组成,其结构特点为:VD1、VD2负极相连,接负载的正端,VD3、VD4正极相连,接负载的负端;VD1正极与VD4负极相连,V2正极与V3负极相连,分别接变压器T二次侧的两端。RL为负载。

单相桥式整流电路

当变压器二次侧电压$u_{2}=\sqrt{2}U_{2}sin\omega t$时,如下图a所示,在正半周时,a点电位高于b点电位,二极管VD1、VD3导通,VD2、VD4处于反向偏置二截止。电流由变压器二次侧a端经过VD1到RL再经过VD3回到b端,如下图b所示。这时负载RL上得到一个与u2正半波相同的半波电压uo和电流io,如下图c所示。

单相桥式整流波形

当u2为负半周时,a点电位低于b点电位,二极管VD2、VD4导通二VD1、VD3截止,电流由b端经过VD2到RL,再由RL经VD4回到a端,如上图d所示。负载又得到了另一个与u2正半波相同但相位相差180°的半波电压uo和电路io,如图c所示。这样在正弦电压的一个周期内,负载RL上得到两个正半周电压和电流,所以称为全波整流。整流后得电压波形称为单相脉动电压波形,以其平均值Uo作为等效的直流电压。

输出电压平均值Uo:由上图c中输出电压uo对时间积分可得到Uo为:

$$U_{o}=\frac{1}{\pi }\int_{\pi }^{0}\sqrt{2}U_{2}sin\omega td\omega t=\frac{2\sqrt{2}}{\pi }U_{2}=0.9U_{2}$$

负载RL上的电流平均值为:

$$I_{o}=\frac{U_{o}}{R_{L}}=\frac{0.9U_{2}}{R_{L}}$$

二极管承受反向电压的最大值:从图b、d电路中可以看出,当VD1、VD3导通二VD2、VD4截止时,若忽略二极管的正向压降,则VD2、VD4承受的最大反向电压为$\sqrt{2}U_{2}$,即:

$$U_{RM}=\sqrt{2}U_{2}$$

当VD2、VD4导通时,VD1、VD3承受反向电压而截止,反压也为$\sqrt{2}U_{2}$。

二极管平均电流:由于桥式整流中任何一个二极管只有半波时间导通,所以一个周期内流过每个二极管的电流只有流过负载电流的一半。所以:

$$I_{v}=\frac{1}{2}I_{o}=0.45\frac{U_{2}}{R_{L}}$$

桥式整流组件(硅堆)

将四个接成桥式的二极管制作在一起,并封装成一个组件,称为桥式整流组件,又名硅堆。在桥式整流组件中,各管的特性比较接近,使用时更为方便。下表列出了部分单相桥式整流组件的主要电参数。

整理组件参数

各整流组件的交流输入电流和整流输出电压分档如下表所示:

不同类型输入输出电压的组件分档表

各整流组件的正向压降$U_{F}\leqslant 1.5V$,反向漏电流在25℃时$I_{R}\leqslant 8\mu A$。

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