整流器工作原理

1、.整流器工作原理橋式整流器原理電路橋式整流電路（如圖5-5所示）是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成"橋"式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點(diǎn)，而同時(shí)在一定程度上克服了它的缺點(diǎn)。圖5-5（a）為橋式整流電路圖（b）為其簡化畫法式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時(shí)，對D1、D3和方向電壓，Dl，D3導(dǎo)通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、Dl、Rfz、D3通電回路，在Rfz，上形成上正下負(fù)的半波整洗電壓，e2為負(fù)半周時(shí)，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2Rfz、D

2、4通電回路，同樣在Rfz上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。以上兩種工作狀態(tài)分別如圖5-6（a）和（b）所示。圖5-6 橋式整流電路的工作原理示意圖如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz，上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖5-6中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值，比全波整流電路小一半。橋式整流電路的整流效率和直流輸出與全波整流電路相同，變壓器的利用率最高。現(xiàn)在常用的全橋整流，不用單獨(dú)的四只二極管而用一只全橋，其中包括四只二極管，但是要標(biāo)清符號，有交流符號的兩端接變壓器輸出，+、-兩端接入整流電路。需要特別指出的是，二極管作為整流元

3、件，要根據(jù)不同的整流方式和負(fù)載大小加以選擇。如選擇不當(dāng)，則或者不能安全工作，甚至燒了管子；或者大材小用，造成浪費(fèi)。表5-1所列參數(shù)可供選擇二極管時(shí)參考。另外，在高電壓或大電流的情況下，如果手頭沒有承受高電壓或整定大電濾的整流元件，可以把二極管串聯(lián)或并聯(lián)起來使用。圖5-7示出了二極管并聯(lián)的情況：兩只二極管并聯(lián)、每只分擔(dān)電路總電流的一半口三只二極管并聯(lián)，每只分擔(dān)電路總電流的三分之一?？傊袔字欢O管并聯(lián)，流經(jīng)每只二極管的電流就等于總電流的幾分之一。但是，在實(shí)際并聯(lián)運(yùn)用時(shí)，由于各二極管特性不完全一致，不能均分所通過的電流，會使有的管子困負(fù)擔(dān)過重而燒毀。因此需在每只二極管上串聯(lián)一只阻值相同的小電阻器

4、，使各并聯(lián)二極管流過的電流接近一致。這種均流電阻R一般選用零點(diǎn)幾歐至幾十歐的電阻器。電流越大，R應(yīng)選得越小。圖5-8示出了二極管串聯(lián)的情況。顯然在理想條件下，有幾只管子串聯(lián)，每只管子承受的反向電壓就應(yīng)等于總電壓的幾分之一。但因?yàn)槊恐欢O管的反向電阻不盡相同，會造成電壓分配不均：內(nèi)阻大的二極管，有可能由于電壓過高而被擊穿，并由此引起連鎖反應(yīng)，逐個(gè)把二極管擊穿。在二極管上并聯(lián)的電阻R，可以使電壓分配均勻。均壓電阻要取阻值比二極管反向電阻值小的電阻器，各個(gè)電阻器的阻值要相等。主要參數(shù)：整流器（英文：rectifier）是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的裝置，可用于供電裝置及偵測無線電信號等。整流器可以由真空管

5、，引燃管，固態(tài)矽半導(dǎo)體二極管，汞弧等制成。相反，一套把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的裝置，則稱為“逆變器” （inverter）。在備用UPS中只需要給蓄電池充電，不需要給負(fù)載供電，故只有充電機(jī)。在雙變換UPS中，此裝置既為逆變器供電，又給蓄電池充電，故稱為整流器/充電機(jī)。整流器是一個(gè)整流裝置，簡單的說就是將交流（AC）轉(zhuǎn)化為直流（DC）的裝置。它有兩個(gè)主要功能：第一，將交流電（AC）變成直流電(DC)，經(jīng)濾波后供給負(fù)載，或者供給逆變器；第二，給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時(shí)又起到一個(gè)充電器的作用。中文名整流器外文名rectifier類 別電流轉(zhuǎn)換裝置功 能供電裝置及偵測無線電信號組 成真空管，引燃管

6、，汞弧等目錄1工作原理2作用3三極管參數(shù)4現(xiàn)狀5基本要求6二極管整流器7晶閘管整流器8區(qū)別9倍壓整流器10整流器應(yīng)用11冷卻方式工作原理整流器汽車發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電經(jīng)過整流器整后變?yōu)橹绷麟姡洳ㄐ稳匀痪哂胁灰?guī)則的波動，直接影響了車輛點(diǎn)火的準(zhǔn)確性；輸出電壓無法保持相對恒定，造成每次火花塞點(diǎn)火的能量差別，容易使車輛引擎抖動，出現(xiàn)換檔頓挫、提速緩慢無力、怠速不穩(wěn)以及車用空調(diào)效率低下等情形。從而大大降低了車載電器設(shè)備的性能和使用壽命；再加上高齡汽車的電路系統(tǒng)老化，電路阻阬變高的影響，對車輛的影響也就變得日益明顯。電子整流器的作用是幫助車消除雜波干擾、穩(wěn)定輸出電壓、提高電源系統(tǒng)的瞬間放電能力、增加扭力

7、輸出、加快油門反應(yīng)、延長電池使用壽命、縮短汽車引擎啟動時(shí)間、提高點(diǎn)火效率等，尤其是對小排量的車，效果比較明顯。半導(dǎo)體PN結(jié)在正向偏置時(shí)電流很大，反向偏置時(shí)電流很小。整流二極管就是利用PN結(jié)的這種單向?qū)щ娞匦詫⒔涣麟娏髯優(yōu)橹绷鞯囊环NPN結(jié)二極管。通常把電流容量在1安以下的器件稱為整流二極管，1安以上的稱為整流器。常用的半導(dǎo)體整流器有硅整流器和硒整流器，產(chǎn)品規(guī)格很多，電壓從幾十伏到幾千伏，電流從幾安到幾千安。整流器廣泛用于各種形式的整流電源中。整流器大功率整流電源要求整流器的電流容量大、擊穿電壓高、散熱性能好，但這種器件的結(jié)面積大、結(jié)電容大，因而工作頻率很低，一般在幾十千赫以下。硅材料的禁帶寬度較

8、大，導(dǎo)熱性能良好，適于制作大功率整流器件。在耐高壓的整流裝置中常采用高壓硅堆，它由多個(gè)整流器件的管芯串聯(lián)組成，其反向耐壓由管芯的耐壓及串聯(lián)管芯數(shù)決定，最高耐壓可達(dá)幾百千伏。如果高頻整流電路用于很高頻率下，當(dāng)交流電壓的周期與整流器通態(tài)到關(guān)態(tài)的恢復(fù)時(shí)間相當(dāng)時(shí)，整流器對高頻電壓不再起整流作用。為適應(yīng)高頻工作的需要，通常在硅整流器中采用摻金的方法，以縮短注入少數(shù)載流子的壽命，從而達(dá)到減小恢復(fù)時(shí)間的目的。為了減小器件因過壓擊穿造成損壞的可能性和提高整流裝置的可靠性，可采用硅雪崩整流器。在這種器件中，當(dāng)反向電壓超過允許峰值時(shí)，在整個(gè)PN結(jié)上發(fā)生均勻的雪崩擊穿，器件可工作在高壓大電流下，故能承受相當(dāng)大的反向

9、浪涌功率。制作這種器件時(shí)要求材料缺陷少，電阻率均勻，結(jié)面平整，外露結(jié)區(qū)還應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)保護(hù)，避免發(fā)生表面擊穿。硒整流器的抗過載容量大，承受反向浪涌功率的能力也較強(qiáng)。在以大功率二極管或晶閘管為基礎(chǔ)的兩種基本類型的整流器中，電網(wǎng)的高壓交流功率通過整流器變換為直流功率。提到未來（不久的或遙遠(yuǎn)的）的其它類型整流器：以不可控二極管前沿產(chǎn)品為基礎(chǔ)的斬波器、斬波直流/直流變換器或電流源逆變型有源整流器。顯然，這種最新型的整流器在技術(shù)上包含較多要開發(fā)的內(nèi)容，但是它能顯示出優(yōu)點(diǎn)，例如它以非常小的諧波干擾和1的功率因數(shù)加載于電網(wǎng)。作用整流器是一個(gè)整流裝置，簡單的說就是將交流（AC）轉(zhuǎn)化為直流（DC）的裝置。它有兩個(gè)主

10、要功能：第一，將交流電（AC）變成直流電(DC)，經(jīng)濾波后供給負(fù)載，或者供給逆變器；1第二，給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時(shí)又起到一個(gè)充電器的作用。三極管參數(shù)三極管的hFE參數(shù)與貯存時(shí)間ts相關(guān)，一般hFE大的三極管ts也較大，過去人們對ts的認(rèn)識以及ts的測量儀器均較為欠缺，人們更依賴hFE參數(shù)來選擇三極管。整流器在開關(guān)狀態(tài)下，hFE的選擇通常有以下認(rèn)識：第一、hFE應(yīng)盡可能高，以便用最少的基極電流得到最大的工作電流，同時(shí)給出盡可能低的飽和電壓，這樣就可以同時(shí)在輸出和驅(qū)動電路中降低損耗。但是，如果考慮到開關(guān)速度和電流容限，則hFE的最大值就受到限制；第二、中國的廠家曾經(jīng)傾向于選用hFE較小

11、的器件，例如hFE為10到15，甚至8到10的三極管就一度很受歡迎(后來，由于基極回路流行采用電容觸發(fā)線路，hFE的數(shù)值有所上升)，hFE的數(shù)值小則飽和深度小，從而有利于降低晶體管的發(fā)熱。實(shí)際上，晶體管的飽和深度受到Ib、hFE兩個(gè)因素的影響，因而通過磁環(huán)及繞組參數(shù)、基極電阻Rb的調(diào)整，也可以降低飽和深度?，F(xiàn)狀如今，業(yè)界推出的節(jié)能燈和電子鎮(zhèn)流器專用三極管都十分注重對貯存時(shí)間的控制。因?yàn)橘A存時(shí)間ts過長，電路的振蕩頻率將下降，整機(jī)的工作電流增大易導(dǎo)致三極管的損壞。雖然可以調(diào)整扼流圈電感及其他元器件參數(shù)來控制整機(jī)功率，但ts的離散性，將使產(chǎn)品的一致性差，可靠性下降。例如，在石英燈電子變壓器線路中，

12、貯存時(shí)間太大的晶體管可能引起電路在低于輸出變壓器工作極限的頻率振蕩，從而造成每個(gè)周期的末端磁芯飽和，這使得晶體管Ic在每個(gè)周期出現(xiàn)尖峰，最后導(dǎo)致器件過熱損壞。如果同一線路上的兩個(gè)三極管貯存時(shí)間相差太大，整機(jī)工作電流的上下半波將嚴(yán)重不對稱，負(fù)擔(dān)重的那只三極管將容易損壞，線路也將產(chǎn)生更多的諧波和電磁干擾。實(shí)際使用表明，嚴(yán)格控制貯存時(shí)間ts并恰當(dāng)調(diào)整整機(jī)電路，就可以降低對hFE參數(shù)的依賴程度。還值得一提的是，在芯片面積一定的情況下，三極管特性、電流特性與耐壓參數(shù)是矛盾的，中國市場曾經(jīng)用BUT11A來做220V40W電子鎮(zhèn)流器，其出發(fā)點(diǎn)是BVceo、BVcbo數(shù)值高，但是絕大部分電子鎮(zhèn)流器線路中，已經(jīng)

13、沒有必要過高選擇三極管的電壓參數(shù)。基本要求1輸入電流總諧波失真（THD）（總諧波失真THD：交流電流的諧波電流有效值占基波分量有效值的百分比）6脈沖整流器的輸入電流的THD在6脈沖整流器的滿載輸入電流時(shí)應(yīng)小于33%；采用輸入濾波器可將輸入電流失真減小到10%。12脈沖整流器的輸入電流的THD在12脈沖整流器的滿載時(shí)應(yīng)小于10%，采用輸入濾波器可將輸入電流總諧波失真減小到5%。2交流輸入電流限制整流器/充電機(jī)應(yīng)有交流輸入電流限制電路，一般將交流輸入電流限制到滿載輸入電流的115%。在發(fā)電機(jī)組供電時(shí)（此時(shí)整流器會接收到一個(gè)外部低電壓信號，據(jù)此判斷為是發(fā)電機(jī)組供電），應(yīng)將交流輸入電流限制到滿載輸入電

14、流的100%。3蓄電池充電電流限制整流器/充電機(jī)應(yīng)有蓄電池充電電流限流電路，將蓄電池充電電流限制到UPS額定輸出容量（KW）的15%。在發(fā)電機(jī)組供電時(shí)（當(dāng)接收到一個(gè)外部低電壓信號時(shí)），應(yīng)將蓄電池充電電流限制到零。4蓄電池充電電壓溫度補(bǔ)償當(dāng)采用遠(yuǎn)端溫度檢測器時(shí)，整流器/充電機(jī)應(yīng)自動調(diào)節(jié)蓄電池浮充電壓（一般按5mv/只/）。通常蓄電池的浮充電壓為2.25V/只，終止電壓為1.67V/只，因此DC母線電壓在浮充和終止電壓時(shí)分別為N×2.25V，N×1.67V（N為蓄電池的只數(shù)）。5輸入功率的逐步增加整流器/充電機(jī)應(yīng)具有將初始功率要求限制到額定負(fù)載的20%，并在10秒的時(shí)間間隔內(nèi)逐

15、漸將輸入功率增加到100%額定容量。在冗余UPS系統(tǒng)中，各整流器/充電機(jī)的輸入功率的加入時(shí)間應(yīng)延遲5至300秒，以減少對發(fā)電機(jī)組的影響。6輸入隔離開關(guān)整流器/充電機(jī)應(yīng)有輸入隔離開關(guān)并有保護(hù)。隔離開關(guān)應(yīng)能同時(shí)提供滿足負(fù)載的電流和蓄電池的再充電電流，并能承受較大的短路電流。7DC濾波器整流器/充電機(jī)應(yīng)有輸出濾波器以將加在蓄電池的紋波電壓減少到最小。整流器的DC輸出電壓的AC紋波電壓應(yīng)小于浮充電壓（RMS）的1%。濾波器應(yīng)充分保證整流器/充電機(jī)的DC輸出電壓在蓄電池未連接的情況下滿足逆變器的要求。8蓄電池的再充電除了為負(fù)載供電外，整流器/充電機(jī)應(yīng)能在10倍于放電時(shí)間的時(shí)間內(nèi)，將蓄電池的放電功率恢復(fù)到

16、95%。蓄電池再充電后，整流器/充電機(jī)應(yīng)使蓄電池保持在滿充電狀態(tài)，直到下一次放電。二極管整流器所有整流器類別中最簡單的是二極管整流器。在最簡單的型式中，二極管整流器不提供任何一種控制輸出電流和電壓數(shù)值的手段。為了適用于工業(yè)過程，輸出值必須在一定范圍內(nèi)可以控制。通過應(yīng)用機(jī)械的所謂有載抽頭變換器可以完成這種控制。作為典型情況，有載抽頭變換器在整流變壓器的原邊控制輸入的交流電壓，因此也就能夠在一定范圍內(nèi)控制輸出的直流值。通常有載抽頭變換器與串聯(lián)在整流器輸出電路中的飽和電抗器結(jié)合使用。通過在電抗器中引入直流電流，使線路中產(chǎn)生一個(gè)可變的阻抗。因此，通過控制電抗器兩端的電壓降，輸出值可以在比較窄的范圍內(nèi)控

17、制。晶閘管整流器在設(shè)計(jì)上非常接近二極管整流器的是晶閘管整流器。因?yàn)榫чl管整流器的電參數(shù)是可控的，所以不需要有載抽頭變換器和飽和電抗器。因?yàn)榫чl管整流器不包含運(yùn)動部件，所以晶閘管整流器系統(tǒng)的維修減少了。注意到的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是晶閘管整流器的調(diào)節(jié)速度較二極管整流器快。在過程特性的階躍期間，晶閘管整流器常常調(diào)節(jié)很快，以致能夠避免過電流。其結(jié)果是晶閘管系統(tǒng)的過載能力能夠設(shè)計(jì)得比二極管系統(tǒng)小。區(qū)別鎮(zhèn)流器和整流器的區(qū)別把交流電變成直流電的設(shè)備就稱為整流器。按照所采用的整流器件，可分為機(jī)械式、電子管式和半導(dǎo)體式幾類。電感鎮(zhèn)流器是一個(gè)鐵芯電感線圈，電感的性質(zhì)是當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，則在線圈中將引起磁通的變化，從

18、而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向與電流的方向相反，因而阻礙著電流變化。倍壓整流器最簡單的倍壓整流(二倍)方式是利用兩組簡單的半波整流，以指向相反的二極管分別生成兩個(gè)正負(fù)不同的電源輸出，并分別加以濾波。連接正負(fù)兩端可得到交流輸入電壓兩倍的輸出電壓。此種電路稱為德隆電路(德文:Delon-Schaltung)。 如需要的話，此電路也可以提供中間電壓，或當(dāng)作正負(fù)雙電壓的電源來使用。上述德隆電路可以衍生出另一種變體：在橋式整流的輸出端使用兩個(gè)相串聯(lián)的電容器作為濾波電容，在濾波電容的中點(diǎn)與與交流輸入的一端間聯(lián)接一個(gè)開關(guān)。當(dāng)開關(guān)切離時(shí)，這個(gè)電路會像一個(gè)正常的橋式整流；當(dāng)開關(guān)接通時(shí)，就會成為前述的德隆電路，產(chǎn)生倍壓

19、整流的作用。 舉例來說，當(dāng)交流輸入為 100120V 時(shí)，可讓開關(guān)為通路；當(dāng)交流輸入為 220240V 時(shí)，可讓開關(guān)為斷路；這樣便使它很容易在世界上任何電源間切換，產(chǎn)生大約 320V (±15%左右） 的直流電壓，以送入一個(gè)相對簡單的開關(guān)模式電源。格賴納赫倍壓電路可以繼續(xù)添加二極管和電容器的級聯(lián)，而形成多倍電壓的電壓倍增器，稱為考克饒夫-沃爾頓產(chǎn)生器電路（英文: CockcroftWalton generator），當(dāng)時(shí)是用于粒子加速器。 這樣的倍壓電路雖可以提供幾倍于輸入交流峰值的電壓，但電流輸出和電壓穩(wěn)定度則受到限制。 此類電壓倍增器電路常用來提供高電壓予舊式電視機(jī)的陰極射線管（CRT）、光