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【小知識】橋式整流二極管及濾波電容如何選擇
2018.12.18

 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整流橋堆。

  當輸入電壓處于交流電壓正半周時,二極管D1、負載電阻RL、D3構成一個回路(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半周時,二極管D2、負載電阻RL、D4構成一個回路,輸出電壓Vo=vi-VD2-VD4。圖中濾波電容的工作狀態?! ?

橋式整流二極管及濾波電容如何選擇

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

  通過上述分析,可以得到橋式整流電路的基本特點如下:

 ?。?)橋式整流輸出的是一個直流脈動電壓。

 ?。?)橋式整流電路的交流利用率為100%。

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

 ?。?)橋式整流電路二極管的負載電流僅為半波整流的一半。

 ?。?)實際電路中,橋式整流電路中二極管和電容的選擇必須滿足負載對電流的要求。

  濾波電容簡介

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

  在所有需要將交流電轉換為直流電的電路中,設置濾波電容會使電子電路的工作性能更加穩定,同時也降低了交變脈動波紋對電子電路的干擾。濾波電容在電路中的符號一般用“C“表示,電容量應根據負載電阻和輸出電流大小來確定。當濾波電容達到一定容量后,加大電容容量反而會對其他一些指標產生有害影響。

  橋式整流二極管及濾波電容如何選擇

  橋式整流二極管及濾波電容如何選擇

  一、橋式整流電路:

  1、二極管的單向導電性、伏安特性曲線、“理想開關模型”、“理想恒壓源模型”:

  如下圖所示:正向電壓達一定值時(硅管0.7v,鍺管0.5v),電流與電壓可近似看成線性(正比)關系。二極管是一個非線性元件,對于非線性電路的分析與計算是比較復雜的。為了使電路的分析簡化,可以用線性元件組成的電路來模擬二極管。

  橋式整流二極管及濾波電容如何選擇

  二極管應用于直流電路時,常用一個理想二極管模型來等效,可把它看成一個理想開關。即“開關模型”:

  正偏時,相當于“開關”閉合(ON),電阻為零,壓降為零;反偏時,相當于“開關”斷開(OFF),電阻為無限大,電流為零。理想二極管模型突出表現了二極管最基本的特性--單向導電性,所以廣泛應用于直流電路及開關電路中。

  另外,還可以把二極管看成一個恒壓降模型:當二極管導通以后,其管壓降為恒定值,且不隨電流改變,一般認為硅管為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、電流的計算、二極管的反向電壓計算、輸入輸出波形

  橋式整流二極管及濾波電容如何選擇

  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的交流電經電橋整流后為有效值200V(220V*0.9)、頻率為100HZ的單向脈動電壓信號。為了獲得直流電路工作所需的直流電源,還需對整流后的信號進行濾波處理,來過濾掉一些波動,使其非常接近于直流。

  實現電源的濾波方法常用的有兩種:儲能濾波電容濾波、π型濾波。

  如下圖所示,采用了儲能電容濾波,后輸出波開形明顯地平滑多了,脈動小多了。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。那么此時的電壓約為260v(220V*1.2)。

  橋式整流二極管及濾波電容如何選擇

  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上小小波動。所以π型濾波比只采用儲能電容濾波輸出的信號的平滑度穩定度更好。其中電感的值要越大越好,阻交流就性能和穩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合,且其中的電阻的額定功率要大于負載的額定功率,否則會燒壞,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:

  對承擔濾波任務的電容器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估算:

  橋式整流二極管及濾波電容如何選擇

  式中的T是指對電容器的充電周期。我國民用交流電頻率是50Hz,周期是0.02s。那么,對半波整流電路,T=0.02s;對橋式整流電路,T=0.01秒。式中的R是指負載電阻。

  如果R=30,則:

  橋式整流二極管及濾波電容如何選擇

  如果在工作過程中有一個二極管突然開路,不論是哪一個二極管,其結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下降。所以二極管的選擇一樣也很重要。

  如果您想自己設計制作一個簡單實用的直流電源,現假設您需要的輸出電壓是0U,要求輸出電流不小于oI,那么以下參數要求可以供您設計時參考。

  電橋后輸出電壓有效值為(未被濾波)

  橋式整流二極管及濾波電容如何選擇

  橋式整流二極管及濾波電容如何選擇

  3、電源濾波與信號濾波的異同點

  信號濾波器用來從輸入信號中過濾出有用信號濾除無用信號和噪聲干擾。其原理是利用電路的幅頻特性,其通帶的范圍設為有用信號的范圍,而把其他頻譜成分過濾掉。 而電源濾波器則是用來穩定電源的輸出電壓,基本可以理解為阻礙交流,導通直流。如果是交流電源,則通帶是某一單一頻率。

  兩者區別為:信號濾波器用來過濾信號,其通帶是一定的頻率范圍,而電源濾波器則是用來濾除交流成分,使直流通過,從而保持輸出電壓穩定;交流電源則是只允許某一特定的頻率通過。

  相同點:都是用電路的幅頻特性來工作。

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