橋式整流電路的工作原理和類型

一、橋式整流電路的工作原理

橋式整流電路是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用的電路，常用來將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?/p>

橋式整流電路的工作原理如下：E2為正半周時(shí)，對D1、D3加正向電壓，D1、D3導(dǎo)通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成E2、D1、Rfz 、D3通電回路，在Rfz 上形成上正下負(fù)的半波整流電壓，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、D2、Rfz 、D4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。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

二、橋式整流電路的作用

橋式整流電路的主要作用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 將交流電轉(zhuǎn)換為直流電

橋式整流電路最核心的功能就是將輸入的交流電信號轉(zhuǎn)換為直流電信號。在交流電中，電壓和電流的方向是周期性變化的，而直流電則保持電流方向恒定。橋式整流電路通過其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，能夠確保無論輸入交流電的極性如何變化，輸出的電流方向始終保持一致，從而實(shí)現(xiàn)交流到直流的轉(zhuǎn)換。

具體來說，橋式整流電路中的四個(gè)二極管被排列成一個(gè)橋形結(jié)構(gòu)，它們交替導(dǎo)通和截止，使得在每個(gè)交流電周期內(nèi)，電流都能通過負(fù)載形成單向流動。這樣，輸出的電壓波形雖然仍存在一定的脈動（即交流電的殘余部分），但整體上已經(jīng)是直流電了。如果需要更平滑的直流電，可以在橋式整流電路后添加濾波電容等元件。

2. 提高電源利用效率

相比于其他類型的整流電路（如半波整流電路），橋式整流電路具有更高的電源利用效率。在半波整流電路中，只有交流電的正半周（或負(fù)半周）被利用來產(chǎn)生直流電，而另一半則被浪費(fèi)。而在橋式整流電路中，無論是交流電的正半周還是負(fù)半周，都能被有效利用來產(chǎn)生直流電，因此其電源利用效率更高。

3. 防止電流逆流

橋式整流電路還具有防止電流逆流的功能。在整流過程中，電流只能從輸入端流向輸出端，而不能從輸出端逆向流回輸入端。這一特性對于保護(hù)電源和負(fù)載設(shè)備具有重要意義。

三、橋式整流電路的類型

1、單相和三相橋式整流電路

電源的性質(zhì)，即單相或三相電源決定了這些整流電路。單相橋式整流電路由四個(gè)二極管組成，用于將交流轉(zhuǎn)換為直流，而三相整流器使用六個(gè)二極管，如圖所示。根據(jù)二極管、晶閘管等電路元件的不同，這些整流電路也可以是不受控或受控的整流電路。

單相和三相橋式整流電路圖

2、非受控橋式整流電路

如圖所示，該橋式整流電路使用二極管對輸入信號進(jìn)行整流。由于二極管是一種單向器件，僅允許電流沿一個(gè)方向流動。使用整流電路中的這種二極管配置，它不允許功率根據(jù)負(fù)載要求而變化。所以這種類型的整流電路用于恒定或固定電源。

非受控橋式整流電路圖

3、可控橋式整流電路

在這種類型的整流器中，AC/DC 轉(zhuǎn)換器或整流器——代替不受控制的二極管，使用可控固態(tài)器件（如 SCR、MOSFET、IGBT 等）來改變不同電壓下的輸出功率。通過在不同的時(shí)刻觸發(fā)這些設(shè)備，負(fù)載的輸出功率得到適當(dāng)?shù)母淖儭?/p>

可控橋式整流電路圖

4、單相半波整流電路

只將單相交流電壓的半個(gè)周期變換成直流電壓的整流稱為單相半波整流。

單相半波整流電路由整流變壓器B、二極管整流元件D和負(fù)載電阻Rf等所組成，如下圖(a)所示。

單相半波整流電路圖

設(shè)變壓器二次側(cè)的電壓為u=√2 Usinωt，其波形如上圖(b)所示。并設(shè)u在正半周時(shí)變壓器二次側(cè)a點(diǎn)為正，b點(diǎn)為負(fù)；負(fù)半周時(shí)b點(diǎn)為正，a點(diǎn)為負(fù)。根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦?，即只有?dāng)它的陽極電位高于陰極電位時(shí)才能導(dǎo)通的特點(diǎn)可以看出:在的u的正半周(0-π期間)，二極管導(dǎo)通，有電流iD和i0通過二極管和負(fù)載；在u的負(fù)半周(π-2π期間)，二管因承受反向電壓而截止，二極管和負(fù)載都沒有電流通過。到交流電的下一個(gè)周期，又重復(fù)上述導(dǎo)通與截止的過程。

上圖(a)的電路能實(shí)現(xiàn)把交流電壓或電流變換成單方向電壓或電流的作用。由于這個(gè)電路只在交流電一個(gè)周期中的半個(gè)周期內(nèi)有單方向的電能輸出，所以是一個(gè)單相半波整流電路，其輸出波形如上圖(c)所示。

四、橋式整流電路的結(jié)構(gòu)

橋式整流電路的結(jié)構(gòu)相對簡單但功能強(qiáng)大，它主要由四個(gè)二極管和一個(gè)負(fù)載電阻組成。這四個(gè)二極管被排列成一個(gè)橋形結(jié)構(gòu)，因此得名橋式整流電路。

1. 二極管的選擇與排列

橋式整流電路中的四個(gè)二極管是關(guān)鍵元件，它們的選擇和排列方式直接影響電路的性能。一般來說，這四個(gè)二極管應(yīng)選擇具有相同特性的型號，以確保它們在相同條件下能夠均勻?qū)ê徒刂埂?/p>

在排列上，四個(gè)二極管被分為兩組，每組兩個(gè)二極管反向并聯(lián)后串聯(lián)在一起形成橋臂。這樣，當(dāng)輸入交流電的正半周作用于電路時(shí)，一組二極管導(dǎo)通而另一組截止；當(dāng)輸入交流電的負(fù)半周作用于電路時(shí)，情況正好相反。通過這種方式，無論輸入交流電的極性如何變化，都能保證電流通過負(fù)載形成單向流動。

2. 負(fù)載電阻

負(fù)載電阻是橋式整流電路中的另一個(gè)重要元件。它連接在橋式整流電路的輸出端，用于將整流后的直流電信號轉(zhuǎn)換為電壓信號供后續(xù)電路使用。負(fù)載電阻的大小應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，以確保電路能夠穩(wěn)定工作并滿足負(fù)載要求。

五、橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用

1. 優(yōu)點(diǎn)

• 高效率 ：橋式整流電路能夠充分利用交流電的正負(fù)半周來產(chǎn)生直流電，因此具有較高的電源利用效率。
• 穩(wěn)定性好 ：由于橋式整流電路的結(jié)構(gòu)簡單且對稱性好，因此其輸出電壓和電流的穩(wěn)定性較高，受外界因素（如溫度、電壓波動）影響較小。
• 適用性強(qiáng) ：橋式整流電路可以處理較大范圍的輸入電壓，適用于多種不同的電源環(huán)境。同時(shí)，其輸出電壓和電流也容易通過調(diào)整負(fù)載電阻或添加濾波元件來滿足不同設(shè)備的需求。
• 保護(hù)性強(qiáng) ：橋式整流電路中的二極管具有反向阻斷能力，可以防止電流逆流，從而保護(hù)電源和負(fù)載設(shè)備免受損害。

2. 應(yīng)用

橋式整流電路因其諸多優(yōu)點(diǎn)，在電子領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。以下列舉幾個(gè)典型的應(yīng)用場景：

• 電源供應(yīng)器 ：橋式整流電路是電源供應(yīng)器中的核心部分之一，它負(fù)責(zé)將交流市電轉(zhuǎn)換為直流電，為后續(xù)電路提供穩(wěn)定的電源。在各類電子設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、家用電器等）中，都離不開橋式整流電路的支持。
• 電機(jī)驅(qū)動 ：在電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，橋式整流電路也扮演著重要角色。通過控制橋式整流電路中二極管的導(dǎo)通和截止，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速控制。這種控制方式簡單可靠，廣泛應(yīng)用于各種電機(jī)驅(qū)動場合。
• 信號處理 ：在某些信號處理電路中，也需要用到橋式整流電路。例如，在音頻信號處理中，橋式整流電路可以用于檢波和整流音頻信號，提取出信號的包絡(luò)信息或進(jìn)行其他形式的處理。
• 逆變電源 ：雖然橋式整流電路主要用于將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但在某些特殊情況下，也可以將其與逆變電路結(jié)合使用，構(gòu)成逆變電源。這種逆變電源可以將直流電再次轉(zhuǎn)換為交流電，為需要交流電源的設(shè)備供電。

六、橋式整流電路的改進(jìn)與發(fā)展

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，橋式整流電路也在不斷改進(jìn)和完善。以下是一些常見的改進(jìn)方向和發(fā)展趨勢：

• 高效能二極管的應(yīng)用 ：為了提高橋式整流電路的效率和穩(wěn)定性，可以采用高效能的二極管（如肖特基二極管、快恢復(fù)二極管等）來替代傳統(tǒng)的二極管。這些新型二極管具有更低的正向壓降、更快的恢復(fù)時(shí)間和更高的反向擊穿電壓等特點(diǎn)，可以顯著提高橋式整流電路的性能。
• 集成化設(shè)計(jì) ：為了減小電路的體積和重量、提高電路的可靠性和可維護(hù)性，可以將橋式整流電路中的二極管和其他相關(guān)元件集成到一個(gè)芯片上形成集成整流橋。這種集成化設(shè)計(jì)不僅簡化了電路的結(jié)構(gòu)和制造工藝，還提高了電路的性能和可靠性。
• 智能化控制 ：隨著智能控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，橋式整流電路也可以實(shí)現(xiàn)智能化控制。通過引入微處理器或數(shù)字信號處理器等智能控制芯片，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)整橋式整流電路的工作狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)更加精確和高效的控制效果。
• 綠色化設(shè)計(jì) ：在環(huán)保和節(jié)能成為全球共識的今天，橋式整流電路的綠色化設(shè)計(jì)也成為了一個(gè)重要的發(fā)展方向。通過采用低功耗設(shè)計(jì)、無鉛封裝等環(huán)保措施以及優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)置等方法來降低電路的功耗和排放減少對環(huán)境的污染和破壞。

綜上所述，橋式整流電路作為電子領(lǐng)域中的重要組成部分之一具有廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新我們相信橋式整流電路將會在未來的發(fā)展中發(fā)揮更加重要的作用并為我們帶來更加便捷和高效的電子產(chǎn)品和服務(wù)。