橋式整流二極管及濾波電容如何選擇

二極管橋式整流電路

所謂橋式整流電路，就是用二極管組成一個(gè)整流電橋。

當(dāng)輸入電壓處于交流電壓正半周時(shí)，二極管D1、負(fù)載電阻RL、D3構(gòu)成一個(gè)回路（圖5中虛線所示），輸出電壓Vo=vi-VD1-VD3。輸入電壓處于交流電壓負(fù)半周時(shí)，二極管D2、負(fù)載電阻RL、D4構(gòu)成一個(gè)回路，輸出電壓Vo=vi-VD2-VD4。圖中濾波電容的工作狀態(tài)。

由上述分析可知，二極管橋式整流電路輸出的也是一個(gè)方向不變的脈動(dòng)電壓，但脈動(dòng)頻率是半波整流的一倍。 與半波整流輸出電壓有效值計(jì)算相類似，可以得到橋式整流輸出電壓有效值Vorsm=0.9Ursm。

通過(guò)上述分析，可以得到橋式整流電路的基本特點(diǎn)如下：

（1）橋式整流輸出的是一個(gè)直流脈動(dòng)電壓。

（2）橋式整流電路的交流利用率為100%。

（3）電容輸出橋式整流電路，二極管承擔(dān)的最大反向電壓為2倍的交流峰值電壓（電容輸出時(shí)電壓疊加）。

（4）橋式整流電路二極管的負(fù)載電流僅為半波整流的一半。

（5）實(shí)際電路中，橋式整流電路中二極管和電容的選擇必須滿足負(fù)載對(duì)電流的要求。

濾波電容簡(jiǎn)介

安裝在整流電路兩端用以降低交流脈動(dòng)波紋系數(shù)提升高效平滑直流輸出的一種儲(chǔ)能器件，通常把這種器件稱其為濾波電容。由于濾波電路要求儲(chǔ)能電容有較大電容量。所以，絕大多數(shù)濾波電路使用電解電容。電解電容由于其使用電解質(zhì)作為電極（負(fù)極）而得名。電解電容的一端為正極，另一端為負(fù)極，不能接反。正極端連接在整流輸出電路的正端，負(fù)極連接在電路的負(fù)端。

在所有需要將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路中，設(shè)置濾波電容會(huì)使電子電路的工作性能更加穩(wěn)定，同時(shí)也降低了交變脈動(dòng)波紋對(duì)電子電路的干擾。濾波電容在電路中的符號(hào)一般用“C“表示，電容量應(yīng)根據(jù)負(fù)載電阻和輸出電流大小來(lái)確定。當(dāng)濾波電容達(dá)到一定容量后，加大電容容量反而會(huì)對(duì)其他一些指標(biāo)產(chǎn)生有害影響。

橋式整流二極管及濾波電容如何選擇

一、橋式整流電路：

1、二極管的單向?qū)щ娦?、伏安特性曲線、“理想開(kāi)關(guān)模型”、“理想恒壓源模型”：

如下圖所示：正向電壓達(dá)一定值時(shí)（硅管0.7v，鍺管0.5v），電流與電壓可近似看成線性（正比）關(guān)系。二極管是一個(gè)非線性元件，對(duì)于非線性電路的分析與計(jì)算是比較復(fù)雜的。為了使電路的分析簡(jiǎn)化，可以用線性元件組成的電路來(lái)模擬二極管。

二極管應(yīng)用于直流電路時(shí)，常用一個(gè)理想二極管模型來(lái)等效，可把它看成一個(gè)理想開(kāi)關(guān)。即“開(kāi)關(guān)模型”：

正偏時(shí)，相當(dāng)于“開(kāi)關(guān)”閉合（ON），電阻為零，壓降為零；反偏時(shí)，相當(dāng)于“開(kāi)關(guān)”斷開(kāi)（OFF），電阻為無(wú)限大，電流為零。理想二極管模型突出表現(xiàn)了二極管最基本的特性--單向?qū)щ娦?，所以廣泛應(yīng)用于直流電路及開(kāi)關(guān)電路中。

另外，還可以把二極管看成一個(gè)恒壓降模型：當(dāng)二極管導(dǎo)通以后，其管壓降為恒定值，且不隨電流改變，一般認(rèn)為硅管為0.7V，鍺管0.5V。

2、橋式整流電路中電流的流向、空載輸出電壓、電流的計(jì)算、二極管的反向電壓計(jì)算、輸入輸出波形

如上圖所示，箭頭是電流的方向。

Usc=0.9*E2

Isc=0.9Usc/Rfz

每只二極管的反向電壓為E2/2

二、電源濾波器：

1、電源濾波過(guò)程分析：

如果變壓器為1：1的話，有效值為220V、頻率為50HZ的交流電經(jīng)電橋整流后為有效值200V（220V*0.9）、頻率為100HZ的單向脈動(dòng)電壓信號(hào)。為了獲得直流電路工作所需的直流電源，還需對(duì)整流后的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，來(lái)過(guò)濾掉一些波動(dòng)，使其非常接近于直流。

實(shí)現(xiàn)電源的濾波方法常用的有兩種：儲(chǔ)能濾波電容濾波、π型濾波。

如下圖所示，采用了儲(chǔ)能電容濾波，后輸出波開(kāi)形明顯地平滑多了，脈動(dòng)小多了。如果電容足夠大的話，使橋電路輸出的電壓信更平滑，接近于一條直線。那么此時(shí)的電壓約為260v（220V*1.2）。

π型濾波又有電感式、電阻式。電感在濾波電路中被叫作扼流圈，有扼制交流的作用，能除去一些電橋輸出信號(hào)上小小波動(dòng)。所以π型濾波比只采用儲(chǔ)能電容濾波輸出的信號(hào)的平滑度穩(wěn)定度更好。其中電感的值要越大越好，阻交流就性能和穩(wěn)定電路電流的作用就越好，但也不要太大，否則占的空間也就越大。

電阻式一般用在電流小的場(chǎng)合，且其中的電阻的額定功率要大于負(fù)載的額定功率，否則會(huì)燒壞，另外電阻的阻值要很小，一般取1~3?。

2、濾波電容的容量和耐壓值的選定：

對(duì)承擔(dān)濾波任務(wù)的電容器C的容量要求，前面多次提到必須“足夠大”，那么這里的“足夠大”究竟是多大？在工程上可以這樣來(lái)估算：

式中的T是指對(duì)電容器的充電周期。我國(guó)民用交流電頻率是50Hz，周期是0.02s。那么，對(duì)半波整流電路，T=0.02s；對(duì)橋式整流電路，T=0.01秒。式中的R是指負(fù)載電阻。

如果R＝30，則：

如果在工作過(guò)程中有一個(gè)二極管突然開(kāi)路，不論是哪一個(gè)二極管，其結(jié)果都是使橋式整流變成了半波整流，那么輸出的直流電壓值將會(huì)下降。所以二極管的選擇一樣也很重要。

如果您想自己設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的直流電源，現(xiàn)假設(shè)您需要的輸出電壓是0U，要求輸出電流不小于oI，那么以下參數(shù)要求可以供您設(shè)計(jì)時(shí)參考。

電橋后輸出電壓有效值為（未被濾波）

3、電源濾波與信號(hào)濾波的異同點(diǎn)

信號(hào)濾波器用來(lái)從輸入信號(hào)中過(guò)濾出有用信號(hào)濾除無(wú)用信號(hào)和噪聲干擾。其原理是利用電路的幅頻特性，其通帶的范圍設(shè)為有用信號(hào)的范圍，而把其他頻譜成分過(guò)濾掉。 而電源濾波器則是用來(lái)穩(wěn)定電源的輸出電壓，基本可以理解為阻礙交流，導(dǎo)通直流。如果是交流電源，則通帶是某一單一頻率。

兩者區(qū)別為：信號(hào)濾波器用來(lái)過(guò)濾信號(hào)，其通帶是一定的頻率范圍，而電源濾波器則是用來(lái)濾除交流成分，使直流通過(guò)，從而保持輸出電壓穩(wěn)定；交流電源則是只允許某一特定的頻率通過(guò)。

相同點(diǎn)：都是用電路的幅頻特性來(lái)工作。