一文詳解全波整流的過程

全波整流

當(dāng)使用交流正弦信號作為整流輸入時，使用全波整流過程可以將直流輸出提高到100%電平。

實現(xiàn)這一目標(biāo)的最著名和最簡單的過程是采用如下所示的4二極管橋式整流器網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)正輸入周期經(jīng)過t = 0至T/2周期時，二極管兩端的輸入交流信號和二極管輸出的極性如下所示：

在這里，我們可以看到，由于二極管網(wǎng)絡(luò)在電橋上的特殊布置，當(dāng)D2、D3導(dǎo)通時，相反的二極管D1、D4保持反向偏置并處于關(guān)斷狀態(tài)。

該整流過程通過D2、D3產(chǎn)生的凈輸出直流如圖所示。由于我們想象二極管是理想的，因此輸出為 vo = vin。

現(xiàn)在，同樣，對于輸入信號二極管D1的負(fù)半周期，D4導(dǎo)通，二極管D2，D3進(jìn)入OFF狀態(tài)，如下圖所示：

我們可以清楚地看到，橋式整流器的輸出已將輸入交流的正半周和負(fù)半周轉(zhuǎn)換為中心軸上方的兩個直流半周。

由于軸上方的這個區(qū)域現(xiàn)在是半波整流獲得的區(qū)域的兩倍，因此輸出直流也將變成兩倍的幅度，如下公式計算：

Vdc = 2（0.318Vm）

或

Vdc = 0.636Vm （全波）

如上圖所示，如果使用硅二極管代替理想二極管，則在導(dǎo)線上應(yīng)用基爾霍夫電壓定律將得到以下結(jié)果：

vi - VT - vo - VT = 0，vo = vi - 2VT，

因此，輸出電壓峰值vo將為：

最大功率 = Vm - 2VT

在 V 》》 2VT 的情況下，我們可以使用前面的方程以相當(dāng)高的精度獲得平均值：

V 直流 ? - 0.636（Vm - 2VT），

再一次，如果我們的Vm明顯高于2VT，則可以簡單地忽略2VT，方程可以求解為：

直流? - 0.636（虛擬機(jī)）

PIV （峰值反向電壓）

在設(shè)計整流器電路時，二極管的峰值反向電壓或（PIV）額定值（有時也稱為峰值反向電壓（PRV）額定值）成為關(guān)鍵參數(shù)。

它基本上是二極管的反向偏置電壓范圍，不能超過，否則二極管可能會通過過渡到稱為齊納雪崩區(qū)域的區(qū)域而擊穿。

如果我們將基爾霍夫電壓定律應(yīng)用于半波整流器電路，如下所示，它只是解釋了二極管的PIV額定值必須高于用于整流器輸入的電源輸入的峰值。

對于全橋整流器，PIV額定值的計算與半波整流器相同，即：

PIV ≥ Vm，因為 Vm 是施加到連接負(fù)載的總電壓，如下圖所示。

全橋整流網(wǎng)絡(luò)求解實例

確定以下二極管網(wǎng)絡(luò)的輸出波形，并計算網(wǎng)絡(luò)中每個二極管的輸出直流電平和安全PIV。

解決方案：對于正半周期，電路的行為如下圖所示：

我們可以通過以下方式重新繪制它，以便更好地理解：

這里，vo = 1/2vi = 1/2Vi（max） = 1/2（10 V） = 5 V

對于負(fù)半周期，二極管的導(dǎo)通作用可以互換，這將產(chǎn)生如下所示的輸出vo：

電橋中缺少兩個二極管會導(dǎo)致直流輸出減少，其幅度為：

Vdc = 0.636（5 V） = 3.18 V

這與我們從具有相同輸入的半橋整流器獲得的完全相同。

PIV將等于R兩端產(chǎn)生的最大電壓，即5 V，或用相同輸入整流的半波所需電壓的一半。