什么是橋式整流電路？

在前面全波整流電路那篇文章中已經(jīng)講到過了，橋式整流電路其實是全波整流電路的一種。

橋式整流電路是由四個二極管連接在一個閉環(huán)“橋”配置中，以產(chǎn)生所需的輸出。

這種橋式電路的主要優(yōu)點是不需要特殊的中心抽頭變壓器，從而減小了尺寸和成本。單個次級繞組連接到二極管橋網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)，負(fù)載連接到另一側(cè)，如下圖所示。

橋式整流電路電路圖

橋式整流電路工作原理

在輸入交流波形二極管的正半周期期間，D1 和 D2 正向偏置，D3 和 D4 反向偏置。當(dāng)電壓超過二極管D1 和 D2 的閾值電平時，開始導(dǎo)通 - 負(fù)載電流開始流過它，如下圖紅線的路徑所示。

橋式整流電路原理圖

橋式整流電路正半周期工作原理

在正半周期間，二極管 D3-D2 得到正向偏置，并起到閉合開關(guān)的作用。二極管 D1-D4 反向偏置并且不導(dǎo)通，因此就像打開開關(guān)一樣。因此我們在輸出端得到正半周。

橋式整流電路正半周期原理圖

橋式整流電路正半周期電流流向圖

橋式整流電路負(fù)半周期工作原理

在負(fù)半周期間，二極管 D1-D4 正向偏置，并起到閉合開關(guān)的作用。二極管 D3-D2 反向偏置并且不導(dǎo)通，因此就像打開開關(guān)一樣。因此我們在輸出端得到正半周。

橋式整流電路負(fù)半周期原理圖

橋式整流電路負(fù)半周期電流流向圖

橋式整流電路輸出波形圖

從以上4個圖可以看出，在正半周和負(fù)半周期間，流經(jīng)負(fù)載電阻R L的電流方向是相同的。因此，正半周和負(fù)半周的輸出直流信號的極性相同。輸出直流信號的極性可以是完全正極也可以是負(fù)極。如果二極管的方向反轉(zhuǎn)，那么我們會得到一個完整的負(fù)直流電壓。

因此，橋式整流電路在輸入交流信號的正半周期和負(fù)半周期期間都允許電流。

橋式整流電路的輸出波形如下圖所示，我們可以看到交流電壓的負(fù)部分經(jīng)過橋式整流電路后轉(zhuǎn)換為正周期。

橋式整流電路特性參數(shù)計算

橋式整流電路的主要參數(shù)包括以下幾個：

• 紋波系數(shù)

• 峰值反向電壓 (PIV)

• 效率

紋波系數(shù)

使用因子測量輸出直流信號的平滑度稱為紋波因子。這里，平滑的直流信號可以被認(rèn)為是包括很少紋波的輸出直流信號，而高脈動直流信號可以被認(rèn)為是包括高紋波的輸出信號。在數(shù)學(xué)上，它可以定義為紋波電壓與純直流電壓的分?jǐn)?shù)。

對于橋式整流器，紋波因子的參數(shù)計算公式為：

Γ = √ (Vrms2/VDC)?1

橋式整流器的紋波系數(shù)值為0.48

PIV（峰值反向電壓）

峰值反向電壓或 PIV 可以定義為當(dāng)二極管在整個負(fù)半周期內(nèi)以反向偏置條件連接時來自二極管的最高電壓值。橋式電路包括四個二極管，如 D1、D2、D3 和 D4。

在正半周期中，兩個二極管（如 D1 和 D3）處于導(dǎo)通位置，而 D2 和 D4 二極管均處于非導(dǎo)通位置。同樣，在負(fù)半周，D2 和 D4 等二極管處于導(dǎo)通位置，而 D1 和 D3 等二極管處于非導(dǎo)通位置。

效率

整流器的效率主要決定整流器將AC（交流電）變?yōu)镈C（直流電）的能力。整流器的效率可以定義為；它是 DC o/p 功率和 AC i/p 功率的比值。橋式整流器的最大效率為 81.2%。

η = DC o/p 功率/AC i/p 功率

橋式整流電路的分類

橋式整流電路根據(jù)這些因素分為幾種類型：電源類型、控制能力、橋式電路配置等。橋式整流電路主要分為單相和三相整流電路。這兩種類型進(jìn)一步分為非控制型、半控制型和全控制型整流電路。下面描述了其中一些類型的整流電路。

單相和三相橋式整流電路

電源的性質(zhì)，即單相或三相電源決定了這些整流電路。單相橋式整流電路由四個二極管組成，用于將交流轉(zhuǎn)換為直流，而三相整流器使用六個二極管，如圖所示。根據(jù)二極管、晶閘管等電路元件的不同，這些整流電路也可以是不受控或受控的整流電路。

單相和三相橋式整流電路

非受控橋式整流電路

如圖所示，該橋式整流電路使用二極管對輸入信號進(jìn)行整流。由于二極管是一種單向器件，僅允許電流沿一個方向流動。使用整流電路中的這種二極管配置，它不允許功率根據(jù)負(fù)載要求而變化。所以這種類型的整流電路用于恒定或固定電源。

非受控橋式整流電路

可控橋式整流電路

在這種類型的整流器中，AC/DC 轉(zhuǎn)換器或整流器——代替不受控制的二極管，使用可控固態(tài)器件（如 SCR、MOSFET、IGBT 等）來改變不同電壓下的輸出功率。通過在不同的時刻觸發(fā)這些設(shè)備，負(fù)載的輸出功率得到適當(dāng)?shù)母淖儭?/span>

可控橋式整流電路

橋式整流電路設(shè)計注意事項

使用橋式整流電路從交流輸入提供直流輸出時，需要考慮以下幾點：

• 電壓降： 千萬不要忘記，流過橋式整流電路的電流會通過兩個二極管。結(jié)果，輸出電壓將下降這個量。由于大多數(shù)橋式整流電路使用硅二極管，因此該壓降至少為 1.2 伏，并且會隨著電流的增加而增加。因此，可以實現(xiàn)的最大電壓輸出至少比交流輸入的峰值電壓低 1.2 伏。

• 計算整流器中散發(fā)的熱量： 二極管將使電壓下降至少 1.2 伏（假設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)硅二極管），隨著電流的增加，該電壓將上升。它是由二極管兩端的標(biāo)準(zhǔn)電壓降以及二極管內(nèi)的電阻引起的。要注意，電流在任何半個周期內(nèi)都通過電橋內(nèi)的兩個二極管。首先是一組兩個二極管，然后是另一個。需要查閱橋式整流電路的二極管或整個橋式整流電路電子元件的datasheet，以查看設(shè)想電流水平的電壓降。電壓降和通過整流電路的電流會產(chǎn)生熱量，需要散熱。在某些情況下，這可以通過空氣冷卻輕松消散，但在其他情況下，橋式整流電路可能需要用螺栓固定到散熱器上。為此，許多橋式整流電路被構(gòu)造成用螺栓固定在散熱器上。

• 峰值反向電壓： 確保不超過橋式整流電路或單個二極管的峰值反向電壓非常重要，否則二極管可能會擊穿。橋式整流電路中二極管的 PIV 額定值低于與中心抽頭變壓器一起使用的兩個二極管配置所需的額定值。如果忽略二極管壓降，對于相同的輸出電壓，橋式整流電路需要的二極管 PIV 額定值是中心抽頭整流電路的一半。這可能是使用此配置的另一個優(yōu)點。二極管兩端的峰值反向電壓等于峰值次級電壓Vsec，因為在半個周期內(nèi)，二極管 D1 和 D4 導(dǎo)通，而二極管 D2 和 D3 反向偏置。全波橋式整流電路顯示峰值反向電壓假設(shè)完美的二極管上沒有電壓降，使用這一點，可以看出 A 點和 B 點將具有相同的電位，C 點和 D 點也是如此。這意味著來自變壓器的峰值電壓將出現(xiàn)在負(fù)載上。每個非導(dǎo)電二極管上也出現(xiàn)相同的電壓。

橋式整流電路優(yōu)缺點

橋式整流器的優(yōu)點

• 輸出直流信號中的低紋波：橋式整流器的直流輸出信號比半波整流器更平滑。換言之，與半波整流器相比，橋式整流器具有更少的紋波。但是，橋式整流器的紋波系數(shù)與中心抽頭全波整流器相同。

• 整流效率高：與半波整流器相比，橋式整流器的整流效率非常高。但是，橋式整流器和中心抽頭全波整流器的整流效率是相同的。

• 低功耗：在半波整流器中，只允許輸入交流信號的一個半周期，而阻斷輸入交流信號的剩余半周期。結(jié)果，幾乎一半的應(yīng)用輸入功率被浪費了。

然而，在橋式整流電路中，電流在輸入交流信號的正負(fù)半周期間都是允許的。所以輸出直流功率幾乎等于輸入交流功率。

橋式整流器的缺點

橋式整流電路看起來很復(fù)雜：在半波整流器電路中，僅使用一個二極管，而在中心抽頭全波整流電路中使用兩個二極管。但在橋式整流電路中，我們使用四個二極管進(jìn)行電路操作。所以橋式整流電路看起來比半波整流電路和中心抽頭全波整流電路復(fù)雜。

與中心抽頭全波整流電路相比，功率損耗更大：在電子電路中，我們使用的二極管越多，電壓降就會越大。橋式整流電路的功率損耗幾乎等于中心抽頭全波整流電路。然而，在橋式整流電路中，與中心抽頭全波整流電路相比，電壓降略高。這是由于兩個額外的二極管（總共四個二極管）。

在中心抽頭全波整流電路中，每個半周期只有一個二極管導(dǎo)通。所以電路中的電壓降為0.7伏。但在橋式整流電路中，兩個串聯(lián)的二極管在每個半周期導(dǎo)通。因此，電壓降是由于兩個等于 1.4 伏（0.7 + 0.7 = 1.4 伏）的二極管而發(fā)生的。但是，由于該電壓降造成的功率損耗非常小。