簡(jiǎn)述分立式整流器的整流原理

FCD----整流器的整流原理

引言：和上一節(jié)不同的逆變器（傳送門：FCD-6：逆變器）不同的是，本節(jié)簡(jiǎn)述的整流器是和逆變器相反的一個(gè)過(guò)程，即將交流電AC轉(zhuǎn)換為直流電DC。小功率輸入的可以由集成方案解決，功率稍大的都是采用分立方案，本節(jié)主要簡(jiǎn)述分立式整流器的整流原理，集成式同理。

1.半波整流

如圖7-1所示，半波整流是使用一個(gè)整流二極管來(lái)消除輸入負(fù)電壓成分后整流為直流電壓（脈沖電壓）。之后再利用儲(chǔ)能電容器的充電和放電功能來(lái)平滑波形，從而轉(zhuǎn)換為純凈的直流電壓。

圖7-1：半波整流簡(jiǎn)圖

圖7-2：半波整流階段波形

2.全波整流

由于半波整流對(duì)于負(fù)電壓完全沒(méi)有利用起來(lái)，能量利用率（并非效率）比較低，并且要將正半波內(nèi)的能量平滑到整個(gè)周期內(nèi)，紋波電流、電壓會(huì)比較大，對(duì)于儲(chǔ)能電容的容量，ESR，紋波電流值都有更高的要求，因此在半波整流的基礎(chǔ)上衍生出了全波整流。

全波整流是通過(guò)二極管橋式電路結(jié)構(gòu)將輸入電壓的負(fù)電壓成分轉(zhuǎn)換為正電壓后整流成直流電壓（脈沖電壓）。之后再利用儲(chǔ)能電容器的充電和放電功能來(lái)平滑波形，從而轉(zhuǎn)換為純凈的直流電壓。與不利用輸入負(fù)電壓成分的半波整流相比，全波整流是更具能量利用效率的整流方法。此外，平滑后的紋波電壓根據(jù)電容器容量和負(fù)載Load而變化。

全波整流和半波整流在相同的電容器容量和負(fù)載條件下，全波整流的紋波電壓更小。紋波電壓越小，穩(wěn)定性越高、性能越優(yōu)?，F(xiàn)在基本都是使用NMOS搭建全波整流橋，MCU來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS的導(dǎo)通與關(guān)閉，開(kāi)關(guān)頻率適配AC頻率，半波整流方式已經(jīng)基本被淘汰。

圖7-3：全波整流拓?fù)?/p>

圖7-4：正半波電流流向

圖7-5：負(fù)半波電流流向

從圖7-4和圖7-5的整流過(guò)程可以看出，整流橋?qū)⒇?fù)半波電壓糾正為正半波電壓，然后再經(jīng)過(guò)MOS的整流橋主動(dòng)間歇導(dǎo)通與關(guān)斷、Cout平滑為DC直流電壓輸出。波形形成如圖7-6所示。

圖7-6：全波整流階段波形

3.降壓和平滑機(jī)制

通過(guò)開(kāi)關(guān)方式降低高DC電壓的機(jī)理，如下圖7-7是PWM方式的示意圖：

圖7-7：PWM方式降低DC電壓原理

4.NMOS選型

搭建一個(gè)分立式整流系統(tǒng)，NMOS的選型和逆變器一樣，除了常規(guī)的VGSS、IDSS、RDSON，還需要關(guān)注其動(dòng)態(tài)參數(shù)，包括導(dǎo)通關(guān)斷延時(shí)、較低的開(kāi)關(guān)損耗、基準(zhǔn)開(kāi)關(guān)性能（極低的Rdson×Qg和Rdson×Qgd）、高頻率工作狀態(tài)下良好的EMI表現(xiàn)（集成阻尼網(wǎng)絡(luò)）。Gate charge characteristics參數(shù)越優(yōu)秀，驅(qū)動(dòng)損耗越低，驅(qū)動(dòng)速度更快。