打開微信掃一掃整流電路的作用是將交流電能轉變為直流電能,在電子設備與電力系統領域應用廣泛,是電力電子技術中的基礎電路之一。常用的整流電路分為以下幾類。
1. 二極管半波整流
二極管半波整流電路是整流電路中的基礎形式,其結構簡單,僅通過一個二極管實現整流功能,如圖1所示。它利用二極管的單向導電特性,在交流電壓的正半周期時,二極管處于正向偏置狀態,允許電流順利流過,輸出直流電壓;在交流電壓處于負半周期時,二極管則變為反向偏置,有效阻斷電流通過,輸出電壓此時為零。半波整流電路僅對交流電壓的半個周期加以利用,輸出波形為原始波形的一半,輸出電壓約為輸入交流電壓峰值的一半,其成本極低,但是輸出電壓紋波較大。因此,比較適用于對整流精度要求不高、成本要求較低及負載電流較小的場合。

圖1 二極管半波整流拓撲結構
Figure 1 Diode Half-Wave Rectification Topology
2. 二極管全橋整流
相比于二極管半波整流,二極管全橋整流由四個整流二極管D1~D4組成橋式結構,如圖2所示。接收線圈Ls接收到高頻交流電,在正半周期時,二極管D1、D3為正向導通,二極管D2、D4反向截止;在負半周期時,二極管D2、D4為正向導通,二極管D1、D3反向截止。通過這兩對二極管的交替導通,該電路能夠實現對輸入交流電的完全整流,在輸出端可以得到波動較小的直流電信號。二極管橋式整流電路能夠充分利用輸入交流電的每個半波,具有較高的整流效率,輸出電壓較為穩定,波動較小,結構相對簡單,具有易于實現和維護等優點,但是二極管導通時會有一定的壓降,電流越大時,問題越明顯,因此不太適合輸出電流較大的應用場合。

圖2 二極管全橋整流拓撲結構
Figure 2 Diode full-bridge rectifier topology
3. 半控式整流電路
為了減小二極管全橋整流中二極管導通壓降帶來的損耗,半控式整流應運而生,其拓撲結構如圖3。半控式整流電路是將圖3中二極管D2、D3替換成可控性開關器件,通過控制信號的控制來開通或關斷,而另一部分二極管則自然導通或截止。它的工作方式與二極管全橋整流類似,效率上相比于二極管全橋整流略有提升,另外電路可以通過調節觸發信號等參數來控制Q1、Q2改變輸出直流電壓的大小,具有一定的靈活性。半控式整流電路通常適用于中小功率場合,對于需要高精度、高效率的電源系統和大功率應用等可能不是最佳選擇。

圖3 半控式整流電路拓撲結構
Figure 3 Semi-controlled rectifier circuit topology
4. 全橋式同步整流電路
全橋式同步整流電路是一種高效、高頻率的整流電路,采用可控的開關元件替代了傳統的二極管進行整流。如圖4,當交流電壓處于正半周時,上橋臂的兩個開關器件Q1和Q3按一定順序導通,下橋臂的兩個開關器件Q2和Q4保持關斷。此時,電流從輸入端經過上橋臂的導通開關器件流向輸出端,實現電流的單向流動。當輸入交流電壓處于負半周時,下橋臂的兩個開關器件Q2和Q4按相反的順序導通,上橋臂的兩個開關器件Q1和Q3關斷,此時,電流從輸入端經過下橋臂的導通開關器件流向輸出端,同樣實現了電流的單向流動,只不過此時電流方向是通過下橋臂流向輸出端,與正半周時相反。由于同步整流器采用MOS管(metal oxide semiconductor field effect transistor)等開關器件,其導通電阻遠小于肖特基二極管或普通PN結二極管,因此在導通狀態下產生的壓降小,從而顯著減少了導通損耗,提升了整個系統的效率。由于MOS管的開關速度比二極管快,因此全橋式同步整流電路可以在更高的頻率下工作,從而減小了濾波器的體積和重量,有利于電路的緊湊化和輕量化設計。

圖4 全橋式同步整流電路拓撲結構
Figure 4 Full-bridge synchronous rectification circuit topology


