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桥式整流二极管及滤波电容如何选择

技术中心

Technology

桥式整流二极管及滤波电容如何选择

分类:
电源技术
作者:
广州市爱浦电子科技有限公司
来源:
原创
发布时间:
2020/05/05
浏览量

二极管桥式整流电路
  所谓桥式整流电路,就是用二极管组成一个整流电桥。
  当输入电压处于交流电压正半周时,二极管D1、负载电阻RL、D3构成一个回路(图5中虚线所示),输出电压Vo=vi-VD1-VD3。输入电压处于交流电压负半周时,二极管D2、负载电阻RL、D4构成一个回路,输出电压Vo=vi-VD2-VD4。图中滤波电容的工作状态。
 
  由上述分析可知,二极管桥式整流电路输出的也是一个方向不变的脉动电压,但脉动频率是半波整流的一倍。 与半波整流输出电压有效值计算相类似,可以得到桥式整流输出电压有效值Vorsm=0.9Ursm。
  通过上述分析,可以得到桥式整流电路的基本特点如下:
  (1)桥式整流输出的是一个直流脉动电压。
  (2)桥式整流电路的交流利用率为100%。
  (3)电容输出桥式整流电路,二极管承担的最大反向电压为2倍的交流峰值电压(电容输出时电压叠加)。
  (4)桥式整流电路二极管的负载电流仅为半波整流的一半。
  (5)实际电路中,桥式整流电路中二极管和电容的选择必须满足负载对电流的要求。
滤波电容简介
  安装在整流电路两端用以降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出的一种储能器件,通常把这种器件称其为滤波电容。由于滤波电路要求储能电容有较大电容量。所以,绝大多数滤波电路使用电解电容。电解电容由于其使用电解质作为电极(负极)而得名。电解电容的一端为正极,另一端为负极,不能接反。正极端连接在整流输出电路的正端,负极连接在电路的负端。
  在所有需要将交流电转换为直流电的电路中,设置滤波电容会使电子电路的工作性能更加稳定,同时也降低了交变脉动波纹对电子电路的干扰。滤波电容在电路中的符号一般用“C“表示,电容量应根据负载电阻和输出电流大小来确定。当滤波电容达到一定容量后,加大电容容量反而会对其他一些指标产生有害影响。
桥式整流二极管及滤波电容如何选择
  一、桥式整流电路:
  1、二极管的单向导电性、伏安特性曲线、“理想开关模型”、“理想恒压源模型”:
  如下图所示:正向电压达一定值时(硅管0.7v,锗管0.5v),电流与电压可近似看成线性(正比)关系。二极管是一个非线性元件,对于非线性电路的分析与计算是比较复杂的。为了使电路的分析简化,可以用线性元件组成的电路来模拟二极管。
 
二极管应用于直流电路时,常用一个理想二极管模型来等效,可把它看成一个理想开关。即“开关模型”:
  正偏时,相当于“开关”闭合(ON),电阻为零,压降为零;反偏时,相当于“开关”断开(OFF),电阻为无限大,电流为零。理想二极管模型突出表现了二极管最基本的特性--单向导电性,所以广泛应用于直流电路及开关电路中。
  另外,还可以把二极管看成一个恒压降模型:当二极管导通以后,其管压降为恒定值,且不随电流改变,一般认为硅管为0.7V,锗管0.5V。
  2、桥式整流电路中电流的流向、空载输出电压、电流的计算、二极管的反向电压计算、输入输出波形
 
如上图所示,箭头是电流的方向。
  Usc=0.9*E2
  Isc=0.9Usc/Rfz
  每只二极管的反向电压为E2/2
  二、电源滤波器:
  1、电源滤波过程分析:
  如果变压器为1:1的话,有效值为220V、频率为50HZ的交流电经电桥整流后为有效值200V(220V*0.9)、频率为100HZ的单向脉动电压信号。为了获得直流电路工作所需的直流电源,还需对整流后的信号进行滤波处理,来过滤掉一些波动,使其非常接近于直流。
  实现电源的滤波方法常用的有两种:储能滤波电容滤波、π型滤波。
  如下图所示,采用了储能电容滤波,后输出波开形明显地平滑多了,脉动小多了。如果电容足够大的话,使桥电路输出的电压信更平滑,接近于一条直线。那么此时的电压约为260v(220V*1.2)。
 
π型滤波又有电感式、电阻式。电感在滤波电路中被叫作扼流圈,有扼制交流的作用,能除去一些电桥输出信号上小小波动。所以π型滤波比只采用储能电容滤波输出的信号的平滑度稳定度更好。其中电感的值要越大越好,阻交流就性能和稳定电路电流的作用就越好,但也不要太大,否则占的空间也就越大。
  电阻式一般用在电流小的场合,且其中的电阻的额定功率要大于负载的额定功率,否则会烧坏,另外电阻的阻值要很小,一般取1~3Ω。
  2、滤波电容的容量和耐压值的选定:
  对承担滤波任务的电容器C的容量要求,前面多次提到必须“足够大”,那么这里的“足够大”究竟是多大?在工程上可以这样来估算:
 
  式中的T是指对电容器的充电周期。我国民用交流电频率是50Hz,周期是0.02s。那么,对半波整流电路,T=0.02s;对桥式整流电路,T=0.01秒。式中的R是指负载电阻。
  如果R=30,则:
 
  如果在工作过程中有一个二极管突然开路,不论是哪一个二极管,其结果都是使桥式整流变成了半波整流,那么输出的直流电压值将会下降。所以二极管的选择一样也很重要。
  如果您想自己设计制作一个简单实用的直流电源,现假设您需要的输出电压是0U,要求输出电流不小于oI,那么以下参数要求可以供您设计时参考。
  电桥后输出电压有效值为(未被滤波)
 
 
 3、电源滤波与信号滤波的异同点
  信号滤波器用来从输入信号中过滤出有用信号滤除无用信号和噪声干扰。其原理是利用电路的幅频特性,其通带的范围设为有用信号的范围,而把其他频谱成分过滤掉。 而电源滤波器则是用来稳定电源的输出电压,基本可以理解为阻碍交流,导通直流。如果是交流电源,则通带是某一单一频率。
  两者区别为:信号滤波器用来过滤信号,其通带是一定的频率范围,而电源滤波器则是用来滤除交流成分,使直流通过,从而保持输出电压稳定;交流电源则是只允许某一特定的频率通过。
  相同点:都是用电路的幅频特性来工作。

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