今天想和大家分享一些关于全波整流电路的内容,明天我会继续讲解全波整流电路与半波整流电路之间的差异。
全波整流电路的主要作用是将交流电的完整周期转换成脉动直流电。与半波整流电路仅利用交流周期的一部分不同,全波整流电路能够有效地利用整个周期,从而显著提升电路效率,克服半波整流电路效率较低的问题。
全波整流电路的设计可以有两种方式:
中心变压器与二极管整流法,这被称为“中心全波整流电路”。
桥式整流电路,由四个二极管和一个标准变压器组成。
本文主要讨论第一种方式。
中心全波整流电路
该电路的组成包括中心变压器、两个二极管以及一个阻性负载。什么是“中心变压器”?它是在普通变压器的基础上修改而成,最显著的特点是次级绕组中间有一个额外的引线,这使得电压被分成两部分,分别为+Ve电压(Va)和-Ve电压(Vb)。这样,输出电压的总值就由这两部分组成。
接下来,我们看一下中心全波整流的电路原理。假设给变压器施加交流电压,当交流电压进入正半周期时,端子1为正,中心为零电位,端子2则为负电位。这个过程中,二极管D1会导通,电流会通过它;而二极管D2因为是反向偏置的状态,电流无法流过它。相反,当交流电进入负半周期时,端子2变为正,二极管D2导通,电流通过它流向负载,而此时二极管D1则阻断了电流。
通过这样的方式,正半周期和负半周期的电流都会传导过负载,最终使得输出电压的平均值几乎是半波整流电路的两倍。
虽然输出电压已经是脉动直流,但由于其纹波较大,因此不能直接应用到实际电路中。为此,通常需要在电路中加入滤波器,最常用的就是电容滤波器。
电容滤波器的工作原理
在电路中,电容滤波器的作用是平滑脉动直流电压,尽可能减少纹波。电容通过充放电来过滤交流成分。在正半周期时,二极管D1开始导通,电容未充电。交流电压大于电容电压时,电容迅速充电至输入电压的最大值。当交流电压开始下降时,电容会放电,但由于充电速度较快,电容不会完全放电,很快又开始充电。这种充放电的循环可以保证电流始终沿着相同方向流过负载,从而稳定输出电压。
关键电气参数
在此基础上,我们可以计算出几种关键的电气参数:
纹波系数:它表示在整流过程中,残余的交流成分与直流电压的比值。全波整流电路的纹波系数为0.48(γ = 0.48),而半波整流电路的纹波系数大约为1.21。低纹波系数意味着输出的直流电压更加稳定。
整流效率:整流效率是输出直流功率与输入交流功率的比值,中心全波整流电路的效率为81.2%(ηmax = 81.2%)。这一效率是半波整流电路的两倍,后者的效率大约为40.6%。
形状因数:它是交流电压的RMS值与直流电压的平均值之比,中心全波整流电路的形状因数为1.11。
平均输出电压:可以通过公式计算得出,确保负载获得稳定的电压输出。
电流的RMS值、峰值因数等也可以通过相应公式进行计算,确保电路的安全稳定运行。
全波整流的优势
全波整流电路的主要优势包括:
整流效率高,是半波整流电路的两倍。
纹波系数低,通常只需要简单的滤波电路。
提供更高的输出电压和功率。
中心整流电路的缺点是成本较高,且由于需要较大空间,往往不如其他类型的整流电路那么紧凑。