电源设计说明：整流电路

这是有关电源设计的长系列文章的第一篇。我们将分析几个硬件和仿真方面。享受!

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。对交流电压进行整流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，其特性是允许电流沿一个方向流动，而在另一个方向上阻止电流流动。 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。电阻器 R L模拟输出负载的存在，而 V M表示变压器每个次级绕组上的最大电压。

 

 

 

图 1：基本半波整流电路原理图

 

 

 

 

图 2：基本全波整流电路原理图

 

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，V CC直流输出电压由以下公式给出，其中V MAX 代表交流输入电压的峰值：

 

 

 

 

另一方面，在全波整流器的情况下，V CC电压由以下公式给出，其中V MAX现在代表两个变压器次级绕组中每一个的峰值：

 

 

 

 

纹波减少

对于大多数应用，上述电路产生的输出电压纹波过高。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。通过在整流二极管后增加滤波电容，输出电压波形明显改善，纹波显着降低。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 中的电路在经典桥式配置中使用只有一个次级绕组和四个整流二极管的常规变压器。这两种原理图通常用于从交流电源获得直流电压。

 

 

 

图 3：带有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 中的半波整流电路中添加一个滤波电容器所产生的效果： 正如我们所看到的，输出电压更加规律，具有平滑的趋势。在b – c 部分，呈线性趋势，提供充电电流的是滤波电容器。该部分的斜率随着电流的增加而变得更陡，决定了正半波上c点的位置。c点越低，二极管的导通时间(对应于c – d部分的周期)越大，因此输出电压的纹波越大。在与c 节相关的期间– d，电容器充电。如果连接的负载需要大电流，电容器会很快放电，从而增加纹波。因此，对于需要高功率电平的电路，基于全波整流器的解决方案更可取。

 

 

 

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后的交流电压的峰值。

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

 

 

 

 

其中I LOAD (A) 为负载吸收的直流电流，f (Hz) 为纹波频率，C (法拉) 为滤波电容的容量。

　　审核编辑：汤梓红