什么是全波整流電路？全波整流電路構(gòu)建過(guò)程

什么是全波整流電路？

全波整流電路是將交流電的完整周期轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電的整流電路。與僅利用輸入交流周期的半波的半波整流電路不一樣，全波整流電路利用全周期，全波整流可以克服半波整流電路效率較低的問(wèn)題。

全波整流電路構(gòu)建過(guò)程

全波整流電路可以用以下兩種方式構(gòu)建：

1、使用一個(gè)中心抽頭變壓器和兩個(gè)二極管，這被稱為中心抽頭全波整流電路。

中心抽頭全波整流濾波電路

2、使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)變壓器，四個(gè)二極管排列成一個(gè)電橋，這個(gè)叫做橋式整流電路。

橋式全波整流電路

這篇文章只講第一種方法。

中心抽頭全波整流工作原理

中心抽頭全波整流電路包括：中心抽頭變壓器，兩個(gè)二極管、阻性負(fù)載組成。

中心抽頭變壓器：就是一個(gè)稍稍修改了普通的變壓器，它有一根額外的導(dǎo)線連接到次級(jí)繞組的確切中心。這種結(jié)構(gòu)將交流電壓分成兩個(gè)相等且相反的電壓，即+Ve電壓（V a）和-Ve電壓（V b）?？傒敵鲭妷簽椋?/p>

總輸出電壓圖

中心抽頭全波整流

中心抽頭全波整流電路圖如下所示。

中心抽頭全波整流電路圖

中心抽頭全波整流電路的工作原理

向輸入變壓器施加交流電壓，在交流電壓的正半周期內(nèi)，端子1為正，中心抽頭為0電位，端子2為負(fù)電位。

這將導(dǎo)致二極管 D 1中的正向偏置并導(dǎo)致電流流過(guò)它。在此期間，二極管D2處于反向偏置狀態(tài)，將阻止電流通過(guò)它。

在輸入交流電壓的負(fù)半周期期間，端子2將相對(duì)于端子 2 和中心抽頭變?yōu)檎?。這將導(dǎo)致二極管 D 2中的正向偏置并導(dǎo)致電流流過(guò)它。在此期間，二極管 D 1處于反向偏置狀態(tài)，將阻止電流通過(guò)它。

在正周期期間，二極管D 1導(dǎo)通，在負(fù)周期期間，二極管D 2在正周期期間導(dǎo)通。

結(jié)果，兩個(gè)半周期都允許通過(guò)。這里的平均輸出直流電壓幾乎是半波整流器直流輸出電壓的兩倍。

中心抽頭全波整流電路波形輸出波形

中心抽頭全波整流電路波形圖

中心抽頭全波整流濾波電路

作為中心抽頭全波整流器的輸出，可以得到一個(gè)帶有許多紋波的脈動(dòng)直流電壓。但是不能將這種脈動(dòng)用于實(shí)際應(yīng)用。

因此，為了將脈動(dòng)直流電壓轉(zhuǎn)換為純直流電壓，使用如上所示的濾波電路。在這里，在負(fù)載上放置一個(gè)電容。

中心抽頭全波整流濾波電路

電容濾波電路的工作是使紋波短路并阻擋直流分量，使其流過(guò)另一條路徑并在負(fù)載上可用。

在正半波期間，二極管D1開(kāi)始導(dǎo)通，電容未充電。

當(dāng)施加恰好大于電容器電壓的輸入交流電壓時(shí)，它會(huì)立即將電容充電至輸入電壓的最大值。此時(shí)，電源電壓等于電容電壓。

當(dāng)施加的交流電壓開(kāi)始下降并小于電容器時(shí)，電容開(kāi)始緩慢放電，但與電容的充電相比，這速度較慢，并且沒(méi)有足夠的時(shí)間完全放電，又開(kāi)始充電。

因此，電容中大約有一半的電荷被放電。在負(fù)循環(huán)期間，二極管D2開(kāi)始導(dǎo)通，上述過(guò)程再次發(fā)生。這將導(dǎo)致電流以相同的方向流過(guò)負(fù)載。

全波整流電路公式

現(xiàn)在將根據(jù)前面的理論和上圖推導(dǎo)出全波整流電路的各種公式。

全波整流電路的紋波系數(shù) (γ)

“紋波”是將交流電壓波形轉(zhuǎn)換為直流波形時(shí)剩余的不需要的交流分量。

盡管盡最大努力去除所有交流分量，但在輸出側(cè)仍有少量殘留物會(huì)產(chǎn)生直流波形的脈動(dòng)。這種不受歡迎的交流分量稱為“紋波”。

為了量化半波整流器將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的能力，我們使用所謂的紋波系數(shù)（由 γ 或 r 表示）。

紋波系數(shù)是整流器交流電壓（輸入側(cè)）與直流電壓（輸出側(cè)）的RMS值之比。

紋波系數(shù)的公式為：

全波整流電路的波紋系數(shù)公式

其中，V rms是交流分量的RMS值，V dc是整流器中的直流分量。

中心抽頭全波整流器的紋波系數(shù)等于 0.48（即 γ = 0.48）。

注意：要構(gòu)建一個(gè)好的整流電路，需要將紋波因子保持在盡可能小。我們可以使用電容或電感來(lái)減少電路中的紋波。

全波整流電路的效率 (η)

整流電路效率 (η) 是輸出直流功率與輸入交流功率之比。效率的公式等于：

全波整流電路的效率公式

中心抽頭全波整流電路的效率等于 81.2%（即 η max = 81.2%）。

全波整流電路 (FF) 的外形尺寸

形狀因數(shù)是RMS 值與平均值之間的比率。

形狀因數(shù)的公式如下：

中心抽頭全波整流的形狀因數(shù)等于 1.11（即 FF = 1.11）。

全波整流電路的形狀因數(shù)公式

全波整流電路直流輸出電壓公式

以下公式給出了直流輸出電壓的平均值：

電壓的平均值：

全波整流電路直流輸出電壓公式

全波整流電路的電流有效值

可以使用以下公式計(jì)算電流的 RMS 值：

全波整流電路的電流有效值

全波整流電路的峰值因子

以下公式給出了全波整流電路的峰值因數(shù)：

全波整流電路的峰值因子公式

全波整流電路的整流效率

全波整流電路的整流效率可由下式求得：

全波整流電路的整流效率公式

全波整流電路的效率為81.2%。

全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)

全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)包括：

全波整流電路的整流效率是半波整流電路的兩倍。半波整流電路的效率為40.6%，而全波整流電路的整流效率為81.2%。

全波整流電路的紋波系數(shù)很低，因此需要一個(gè)簡(jiǎn)單的濾波器。全波整流電路的紋波系數(shù)值為0.482，而半波整流電路的紋波系數(shù)約為1.21。

全波整流電路獲得的輸出電壓和輸出功率高于使用半波整流電路獲得的輸出電壓和輸出功率。

全波整流電路的缺點(diǎn)

中心抽頭整流電路比半波整流電路更貴，而且往往占用大量空間。

編輯：黃飛

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