桥式整流电路工作原理与应用领域

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桥式整流电路，作为全波整流电路的一种，在电力电子领域发挥着重要作用。它通过四个二极管在一个闭环“桥”配置中的巧妙连接，实现了所需的输出。这种电路设计的一大亮点在于，它无需特殊的中心抽头变压器，从而在尺寸和成本方面都取得了显著优势。具体来说，单个次级绕组仅需连接到二极管桥网络的一侧，而负载则连接至另一侧，构成了一个高效且经济的整流系统。

桥式整流电路的工作原理

可以这样理解：在输入交流电的每个正半周期内，D1和D2二极管会正向偏置，而D3和D4则反向偏置。一旦输入电压超过二极管D1和D2的阈值，这些二极管便开始导通，从而负载电流得以流过，路径大致如下图中红线所示。


桥式整流电路在正半周期的工作原理如下：在正半周期间，二极管D3和D2会受到正向偏置，它们的作用相当于闭合的开关，允许电流通过。同时，二极管D1和D4则处于反向偏置状态，相当于开关打开，不导通电流。这样，我们在输出端就能获得正半周的电压波形。


桥式整流电路正半周期原理图详解

桥式整流电路在正半周期的工作原理，可以通过原理图进行详细解读。在正半周期间，二极管D3和D2受到正向偏置，它们的工作状态相当于闭合的开关，允许电流顺畅通过。与此同时，二极管D1和D4则处于反向偏置状态，它们的作用相当于打开的开关，此时不导通电流。通过这样的工作机制，我们在输出端能够获得完整的正半周电压波形。


桥式整流电路在负半周期的工作原理，同样可以通过原理图进行详细剖析。在负半周期间，二极管D1和D4受到正向偏置，它们的工作状态如同闭合的开关，允许电流顺利通过。相对地，二极管D3和D2则处于反向偏置状态，它们的作用如同打开的开关，此时不导通电流。通过这样的工作机制，我们在输出端同样能够获得完整的正半周电压波形。


桥式整流电路在负半周期的工作原理，可以通过原理图进行直观展示。在负半周期间，二极管D1和D4受到正向偏置，它们的工作状态相当于闭合的开关，允许电流无阻碍地通过。与此同时，二极管D3和D2则处于反向偏置状态，它们的作用如同断开的开关，此时不导通电流。正是这样的工作机制，使得在输出端我们能够获得一个完整的正半周电压波形。


桥式整流电路在负半周期的电流流向，以及其输出波形，都可以通过相关图表进行清晰展示。在负半周期间，电流会按照特定的路径流动，经过二极管D1和D4，它们在此期间相当于闭合的开关，允许电流顺畅通过。而二极管D3和D2则处于反向偏置状态，它们的作用如同断开的开关，此时不导通电流。这样的电流流向，使得在输出端我们能够获得一个完整的正半周电压波形。同时，从输出波形图中我们可以清晰地看到，交流电压的负部分经过桥式整流电路后，被成功地转换为了正周期，进一步印证了桥式整流电路的工作原理。

桥式整流电路的特性参数

包括纹波系数、峰值反向电压（PIV）和效率。纹波系数是衡量输出直流信号平滑度的重要指标，它表示纹波电压与纯直流电压的比例。对于桥式整流器，纹波因子的计算公式为Γ = √ (Vrms2/VDC)−1，其值为0.48。峰值反向电压，或PIV，是指二极管在反向偏置条件下，在整个负半周期内所承受的最高电压。在桥式电路中，这涉及到四个二极管，如D1、D2、D3和D4，它们在正负半周期内会交替导通。

此外，整流器的效率也是衡量其性能的重要指标，它表示DC输出功率与AC输入功率的比值。对于桥式整流器，其最大效率可达81.2%。

桥式整流电路根据不同的分类标准，如电源类型、控制能力等，可以分为多种类型。例如，根据电源性质，桥式整流电路可分为单相和三相整流电路。单相桥式整流电路由四个二极管组成，而三相整流器则使用六个二极管。同时，这些整流电路还可以根据二极管、晶闸管等电路元件的不同，分为不受控或受控的整流电路。

单相与三相桥式整流电路的探讨

非受控桥式整流电路，其核心在于利用二极管对输入信号进行整流。由于二极管具有单向导电性，它仅允许电流沿一个方向流动。这种二极管配置在整流电路中，使得功率无法根据负载需求进行调节。因此，这类整流电路更适用于恒定或固定电源的应用场景。


非受控桥式整流电路与可控桥式整流电路的对比
在整流电路中，非受控桥式整流电路主要依赖于二极管的单向导电性来进行整流。然而，这种电路的功率无法根据负载需求进行动态调节。为了解决这一问题，可控桥式整流电路应运而生。在这种电路中，AC/DC转换器或整流器不再使用传统的二极管，而是采用了可控固态器件，如SCR、MOSFET和IGBT等。通过精确触发这些设备，我们能够实时调整不同电压下的输出功率，从而满足负载的需求。

可控桥式整流电路

在设计和使用可控桥式整流电路时，有几个关键要点需要考虑。这种电路以AC/DC转换器或整流器为核心，采用可控固态器件如SCR、MOSFET和IGBT进行电压转换。与传统的非受控桥式整流电路不同，可控桥式整流电路能够实时调节输出功率，以适应负载需求。

然而，使用桥式整流电路时，必须注意几个潜在问题。首先，由于电流在整流过程中会经过两个二极管，这会导致输出电压产生一定的压降。特别是当使用硅二极管时，压降可能高达1.2伏，并且随着电流的增加而增加。因此，在设计时必须考虑这个因素，确保最大电压输出至少比交流输入的峰值电压低1.2伏。

另外，还需要计算整流器中产生的热量。由于二极管在整流过程中会导致电压降，而电流在每个周期内都会通过电桥内的两个二极管，这会产生热量。因此，必须确保适当的散热措施，以防止整流器过热。在某些情况下，可以通过空气冷却来散热，但在其他情况下，可能需要将整流电路固定在散热器上来确保有效散热。
峰值反向电压：确保桥式整流电路或单个二极管的峰值反向电压不超过安全范围至关重要
因为过高的电压可能导致二极管击穿。在桥式整流电路中，二极管的峰值反向电压额定值低于与中心抽头变压器配合使用的配置。若忽视二极管压降，对于相同的输出电压，桥式整流电路所需的二极管峰值反向电压额定值是中心抽头整流电路的一半。这可能是采用此配置的一个潜在优势。

在桥式整流电路中，二极管D1和D4在半个周期内导通，而D2和D3则反向偏置，导致二极管两端的峰值反向电压等于峰值次级电压Vsec。若假设完美的二极管无电压降，则全波桥式整流电路中A点和B点以及C点和D点将具有相同的电位，意味着变压器峰值电压将直接出现在负载上，且每个非导电二极管上也出现相同的电压。

桥式整流电路的优缺点

优点：

• 输出直流信号低纹波：桥式整流器的直流输出相比半波整流器更为平滑，纹波更少。
• 高整流效率：桥式整流器的整流效率优于半波整流器。
• 低功耗：在桥式整流电路中，电流在交流信号的正负半周期均被允许通过，从而使得输出直流功率接近输入交流功率，大大降低了功耗。
  

缺点：

• 电路复杂性：与半波和中心抽头全波整流电路相比，桥式整流电路使用四个二极管，因此其电路操作更为复杂。
  与中心抽头全波整流电路相比，桥式整流电路的功率损耗略高。在电子电路中，二极管数量越多，电压降越大。尽管桥式整流电路的功率损耗与中心抽头全波整流电路相当，但因其额外两个二极管的存在，电压降略为增加。在中心抽头电路中，每半周期仅有一个二极管导通，电压降为0.7伏。而桥式整流电路中，两个串联二极管在每半周期均导通，导致电压降为1.4伏（两个0.7伏二极管之和）。但需注意，此电压降所引发的功率损耗实际上相当微小。.