桥式整流电路的工作原理和类型

一、桥式整流电路的工作原理

桥式整流电路是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。

桥式整流电路的工作原理如下：E2为正半周时，对D1、D3加正向电压，D1、D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成E2、D1、Rfz 、D3通电回路，在Rfz 上形成上正下负的半波整流电压，E2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成E2、D2、Rfz 、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在Rfz 上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半

二、桥式整流电路的作用

桥式整流电路的主要作用体现在以下几个方面：

1. 将交流电转换为直流电

桥式整流电路最核心的功能就是将输入的交流电信号转换为直流电信号。在交流电中，电压和电流的方向是周期性变化的，而直流电则保持电流方向恒定。桥式整流电路通过其独特的结构，能够确保无论输入交流电的极性如何变化，输出的电流方向始终保持一致，从而实现交流到直流的转换。

具体来说，桥式整流电路中的四个二极管被排列成一个桥形结构，它们交替导通和截止，使得在每个交流电周期内，电流都能通过负载形成单向流动。这样，输出的电压波形虽然仍存在一定的脉动（即交流电的残余部分），但整体上已经是直流电了。如果需要更平滑的直流电，可以在桥式整流电路后添加滤波电容等元件。

2. 提高电源利用效率

相比于其他类型的整流电路（如半波整流电路），桥式整流电路具有更高的电源利用效率。在半波整流电路中，只有交流电的正半周（或负半周）被利用来产生直流电，而另一半则被浪费。而在桥式整流电路中，无论是交流电的正半周还是负半周，都能被有效利用来产生直流电，因此其电源利用效率更高。

3. 防止电流逆流

桥式整流电路还具有防止电流逆流的功能。在整流过程中，电流只能从输入端流向输出端，而不能从输出端逆向流回输入端。这一特性对于保护电源和负载设备具有重要意义。

三、桥式整流电路的类型

1、单相和三相桥式整流电路

电源的性质，即单相或三相电源决定了这些整流电路。单相桥式整流电路由四个二极管组成，用于将交流转换为直流，而三相整流器使用六个二极管，如图所示。根据二极管、晶闸管等电路元件的不同，这些整流电路也可以是不受控或受控的整流电路。

单相和三相桥式整流电路图

2、非受控桥式整流电路

如图所示，该桥式整流电路使用二极管对输入信号进行整流。由于二极管是一种单向器件，仅允许电流沿一个方向流动。使用整流电路中的这种二极管配置，它不允许功率根据负载要求而变化。所以这种类型的整流电路用于恒定或固定电源。

非受控桥式整流电路图

3、可控桥式整流电路

在这种类型的整流器中，AC/DC 转换器或整流器——代替不受控制的二极管，使用可控固态器件（如 SCR、MOSFET、IGBT 等）来改变不同电压下的输出功率。通过在不同的时刻触发这些设备，负载的输出功率得到适当的改变。

可控桥式整流电路图

4、单相半波整流电路

只将单相交流电压的半个周期变换成直流电压的整流称为单相半波整流。

单相半波整流电路由整流变压器B、二极管整流元件D和负载电阻Rf等所组成，如下图(a)所示。

单相半波整流电路图

设变压器二次侧的电压为u=√2 Usinωt，其波形如上图(b)所示。并设u在正半周时变压器二次侧a点为正，b点为负；负半周时b点为正，a点为负。根据二极管的单向导电性，即只有当它的阳极电位高于阴极电位时才能导通的特点可以看出:在的u的正半周(0-π期间)，二极管导通，有电流iD和i0通过二极管和负载；在u的负半周(π-2π期间)，二管因承受反向电压而截止，二极管和负载都没有电流通过。到交流电的下一个周期，又重复上述导通与截止的过程。

上图(a)的电路能实现把交流电压或电流变换成单方向电压或电流的作用。由于这个电路只在交流电一个周期中的半个周期内有单方向的电能输出，所以是一个单相半波整流电路，其输出波形如上图(c)所示。

四、桥式整流电路的结构

桥式整流电路的结构相对简单但功能强大，它主要由四个二极管和一个负载电阻组成。这四个二极管被排列成一个桥形结构，因此得名桥式整流电路。

1. 二极管的选择与排列

桥式整流电路中的四个二极管是关键元件，它们的选择和排列方式直接影响电路的性能。一般来说，这四个二极管应选择具有相同特性的型号，以确保它们在相同条件下能够均匀导通和截止。

在排列上，四个二极管被分为两组，每组两个二极管反向并联后串联在一起形成桥臂。这样，当输入交流电的正半周作用于电路时，一组二极管导通而另一组截止；当输入交流电的负半周作用于电路时，情况正好相反。通过这种方式，无论输入交流电的极性如何变化，都能保证电流通过负载形成单向流动。

2. 负载电阻

负载电阻是桥式整流电路中的另一个重要元件。它连接在桥式整流电路的输出端，用于将整流后的直流电信号转换为电压信号供后续电路使用。负载电阻的大小应根据实际需求进行选择，以确保电路能够稳定工作并满足负载要求。

五、桥式整流电路的优点与应用

1. 优点

• 高效率 ：桥式整流电路能够充分利用交流电的正负半周来产生直流电，因此具有较高的电源利用效率。
• 稳定性好 ：由于桥式整流电路的结构简单且对称性好，因此其输出电压和电流的稳定性较高，受外界因素（如温度、电压波动）影响较小。
• 适用性强 ：桥式整流电路可以处理较大范围的输入电压，适用于多种不同的电源环境。同时，其输出电压和电流也容易通过调整负载电阻或添加滤波元件来满足不同设备的需求。
• 保护性强 ：桥式整流电路中的二极管具有反向阻断能力，可以防止电流逆流，从而保护电源和负载设备免受损害。

2. 应用

桥式整流电路因其诸多优点，在电子领域中有着广泛的应用。以下列举几个典型的应用场景：

• 电源供应器 ：桥式整流电路是电源供应器中的核心部分之一，它负责将交流市电转换为直流电，为后续电路提供稳定的电源。在各类电子设备（如计算机、通信设备、家用电器等）中，都离不开桥式整流电路的支持。
• 电机驱动 ：在电机驱动系统中，桥式整流电路也扮演着重要角色。通过控制桥式整流电路中二极管的导通和截止，可以实现电机的正反转和调速控制。这种控制方式简单可靠，广泛应用于各种电机驱动场合。
• 信号处理 ：在某些信号处理电路中，也需要用到桥式整流电路。例如，在音频信号处理中，桥式整流电路可以用于检波和整流音频信号，提取出信号的包络信息或进行其他形式的处理。
• 逆变电源 ：虽然桥式整流电路主要用于将交流电转换为直流电，但在某些特殊情况下，也可以将其与逆变电路结合使用，构成逆变电源。这种逆变电源可以将直流电再次转换为交流电，为需要交流电源的设备供电。

六、桥式整流电路的改进与发展

随着电子技术的不断发展，桥式整流电路也在不断改进和完善。以下是一些常见的改进方向和发展趋势：

• 高效能二极管的应用 ：为了提高桥式整流电路的效率和稳定性，可以采用高效能的二极管（如肖特基二极管、快恢复二极管等）来替代传统的二极管。这些新型二极管具有更低的正向压降、更快的恢复时间和更高的反向击穿电压等特点，可以显著提高桥式整流电路的性能。
• 集成化设计 ：为了减小电路的体积和重量、提高电路的可靠性和可维护性，可以将桥式整流电路中的二极管和其他相关元件集成到一个芯片上形成集成整流桥。这种集成化设计不仅简化了电路的结构和制造工艺，还提高了电路的性能和可靠性。
• 智能化控制 ：随着智能控制技术的发展和应用，桥式整流电路也可以实现智能化控制。通过引入微处理器或数字信号处理器等智能控制芯片，可以实时监测和调整桥式整流电路的工作状态和参数设置，实现更加精确和高效的控制效果。
• 绿色化设计 ：在环保和节能成为全球共识的今天，桥式整流电路的绿色化设计也成为了一个重要的发展方向。通过采用低功耗设计、无铅封装等环保措施以及优化电路结构和参数设置等方法来降低电路的功耗和排放减少对环境的污染和破坏。

综上所述，桥式整流电路作为电子领域中的重要组成部分之一具有广泛的应用前景和发展空间。随着电子技术的不断进步和创新我们相信桥式整流电路将会在未来的发展中发挥更加重要的作用并为我们带来更加便捷和高效的电子产品和服务。