整流器工作原理

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，只要增長(zhǎng)兩只二極管口連接成"橋"式構(gòu)造，便具有全波整流電路的長(zhǎng)處，而同步在一定程度上克服了它的缺陷。

圖5-5（a）為橋式整流電路圖

（b）為其簡(jiǎn)化畫(huà)法式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時(shí)，對(duì)D1、D3和方向電壓，Dl，D3導(dǎo)通；對(duì)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(duì)D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對(duì)D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2Rfz、D4通電回路，同樣在Rfz上形成上正下負(fù)的此外半波的整流電壓。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反復(fù)下去，成果在Rfz，上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是同樣的。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(jí)電壓的最大值，比全波整流電路小二分之一。橋式整流電路的整流效率和直流輸出與全波整流電路相似，變壓器的運(yùn)用率最高。目前常用的全橋整流，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，不過(guò)要標(biāo)清符號(hào)，有交流符號(hào)的兩端接變壓器輸出，+、-兩端接入整流電路。需要尤其指出的是，二極管作為整流元件，要根據(jù)不一樣的整流方式和負(fù)載大小加以選擇。如選擇不妥，則或者不能安全工作，甚至燒了管子；或者大材小用，導(dǎo)致?lián)]霍。表5-1所列參數(shù)可供選擇二極管時(shí)參照。此外，在高電壓或大電流的狀況下，假如手頭沒(méi)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(lái)使用。

圖5-7示出了二極管并聯(lián)的狀況：兩只二極管并聯(lián)、每只分擔(dān)電路總電流的二分之一口三只二極管并聯(lián)，每只分擔(dān)電路總電流的三分之一?？傊?，有幾只二極管并聯(lián)，流經(jīng)每只二極管的電流就等于總電流的幾分之一。不過(guò)，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(guò)的電流，會(huì)使有的管子困承擔(dān)過(guò)重而燒毀。因此需在每只二極管上串聯(lián)一只阻值相似的小電阻器，使各并聯(lián)二極管流過(guò)的電流靠近一致。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)的狀況。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。但由于每只二極管的反向電阻不盡相似，會(huì)導(dǎo)致電壓分派不均：內(nèi)阻大的二極管，有也許由于電壓過(guò)高而被擊穿，并由此引起連鎖反應(yīng)，逐一把二極管擊穿。在二極管上并聯(lián)的電阻R，可以使電壓分派均勻。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。重要參數(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(cè)無(wú)線電信號(hào)等。整流器可以由真空管，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)。整流器是一種整流裝置，簡(jiǎn)樸的說(shuō)就是將交流（AC）轉(zhuǎn)化為直流（DC）的裝置。它有兩個(gè)重要功能：第一，將交流電（AC）變成直流電(DC)，經(jīng)濾波后供應(yīng)負(fù)載，或者供應(yīng)逆變器；第二，給蓄電池提供充電電壓。因此，它同步又起到一種充電器的作用。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(cè)無(wú)線電信號(hào)組成真空管，引燃管，汞弧等目錄1工作原理2作用3三極管參數(shù)4現(xiàn)實(shí)狀況5基本規(guī)定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1工作原理整流器汽車(chē)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電通過(guò)整流器整后變?yōu)橹绷麟姡洳ㄐ稳匀痪哂胁灰?guī)則的波動(dòng)，直接影響了車(chē)輛點(diǎn)火的精確性；輸出電壓無(wú)法保持相對(duì)恒定，導(dǎo)致每次火花塞點(diǎn)火的能量差異，輕易使車(chē)輛引擎抖動(dòng)，出現(xiàn)換檔頓挫、提速緩慢無(wú)力、怠速不穩(wěn)以及車(chē)用空調(diào)效率低下等情形。從而大大減少了車(chē)載電器設(shè)備的性能和使用壽命；再加上高齡汽車(chē)的電路系統(tǒng)老化，電路阻阬變高的影響，對(duì)車(chē)輛的影響也就變得日益明顯。電子整流器的作用是協(xié)助車(chē)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、增長(zhǎng)扭力輸出、加緊油門(mén)反應(yīng)、延長(zhǎng)電池使用壽命、縮短汽車(chē)引擎啟動(dòng)時(shí)間、提高點(diǎn)火效率等，尤其是對(duì)小排量的車(chē)，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。整流二極管就是運(yùn)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。一般把電流容量在1安如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)格諸多，電壓從幾十伏到幾千伏，電流從幾安到幾千安。整流器廣泛用于多種形式的整流電源中。整流器大功率整流電源規(guī)定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，一般在幾十千赫如下。硅材料的禁帶寬度較大，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，它由多種整流器件的管芯串聯(lián)構(gòu)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。假如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)間相稱時(shí)，整流器對(duì)高頻電壓不再起整流作用。為適應(yīng)高頻工作的需要，一般在硅整流器中采用摻金的措施，以縮短注入少數(shù)載流子的壽命，從而到達(dá)減小恢復(fù)時(shí)間的目的。為了減小器件因過(guò)壓擊穿導(dǎo)致?lián)p壞的也許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(guò)容許峰值時(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，故能承受相稱大的反向浪涌功率。制作這種器件時(shí)規(guī)定材料缺陷少，電阻率均勻，結(jié)面平整，外露結(jié)區(qū)還應(yīng)進(jìn)行合適保護(hù)，防止發(fā)生表面擊穿。硒整流器的抗過(guò)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(guò)整流器變換為直流功率。提到未來(lái)（很快的或遙遠(yuǎn)的）的其他類型整流器：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)上包括較多要開(kāi)發(fā)的內(nèi)容，不過(guò)它能顯示出長(zhǎng)處，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)。2作用整流器是一種整流裝置，簡(jiǎn)樸的說(shuō)就是將交流（AC）轉(zhuǎn)化為直流（DC）的裝置。它有兩個(gè)重要功能：第一，將交流電（AC）變成直流電(DC)，經(jīng)濾波后供應(yīng)負(fù)載，或者供應(yīng)逆變器；[1]第二，給蓄電池提供充電電壓。因此，它同步又起到一種充電器的作用。3三極管參數(shù)三極管的hFE參數(shù)與貯存時(shí)間ts有關(guān)，一般hFE大的三極管ts也較大，過(guò)去人們對(duì)ts的認(rèn)識(shí)以及ts的測(cè)量?jī)x器均較為欠缺，人們更依賴hFE參數(shù)來(lái)選擇三極管。整流器在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，hFE的選擇一般有如下認(rèn)識(shí)：第一、hFE應(yīng)盡量高，以便用至少的基極電流得到最大的工作電流，同步給出盡量低的飽和電壓，這樣就可以同步在輸出和驅(qū)動(dòng)電路中減少損耗。不過(guò)，假如考慮到開(kāi)關(guān)速度和電流容限，則hFE的最大值就受到限制；第二、中國(guó)的廠家曾經(jīng)傾向于選用hFE較小的器件，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(lái)，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，從而有助于減少晶體管的發(fā)熱。實(shí)際上，晶體管的飽和深度受到Ib、hFE兩個(gè)原因的影響，因而通過(guò)磁環(huán)及繞組參數(shù)、基極電阻Rb的調(diào)整，也可以減少飽和深度。4現(xiàn)實(shí)狀況如今，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重視對(duì)貯存時(shí)間的控制。由于貯存時(shí)間ts過(guò)長(zhǎng)，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(lái)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，貯存時(shí)間太大的晶體管也許引起電路在低于輸出變壓器工作極限的頻率振蕩，從而導(dǎo)致每個(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，最終導(dǎo)致器件過(guò)熱損壞。假如同一線路上的兩個(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(duì)稱，承擔(dān)重的那只三極管將輕易損壞，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，就可以減少對(duì)hFE參數(shù)的依賴程度。還值得一提的是，在芯片面積一定的狀況下，三極管特性、電流特性與耐壓參數(shù)是矛盾的，中國(guó)市場(chǎng)曾經(jīng)用BUT11A來(lái)做220V40W電子鎮(zhèn)流器，其出發(fā)點(diǎn)是BVceo、BVcbo數(shù)值高，不過(guò)絕大部分電子鎮(zhèn)流器線路中，已經(jīng)沒(méi)有必要過(guò)高選擇三極管的電壓參數(shù)。5基本規(guī)定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比例）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)不不小于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)不不小于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(huì)接受到一種外部低電壓信號(hào)，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)接受到一種外部低電壓信號(hào)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賠償當(dāng)采用遠(yuǎn)端溫度檢測(cè)器時(shí)，整流器/充電機(jī)應(yīng)自動(dòng)調(diào)整蓄電池浮充電壓（一般按?5mv/只/℃）。一般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．輸入功率的逐漸增長(zhǎng)整流器/充電機(jī)應(yīng)具有將初始功率規(guī)定限制到額定負(fù)載的20%，并在10秒的時(shí)間間隔內(nèi)逐漸將輸入功率增長(zhǎng)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(duì)發(fā)電機(jī)組的影響。6．輸入隔離開(kāi)關(guān)整流器/充電機(jī)應(yīng)有輸入隔離開(kāi)關(guān)并有保護(hù)。隔離開(kāi)關(guān)應(yīng)能同步提供滿足負(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。7．DC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)不不小于浮充電壓（RMS）的1%。濾波器應(yīng)充足保證整流器/充電機(jī)的DC輸出電壓在蓄電池未連接的狀況下滿足逆變器的規(guī)定。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。6二極管整流器所有整流器類別中最簡(jiǎn)樸的是二極管整流器。在最簡(jiǎn)樸的型式中，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。為了合用于工業(yè)過(guò)程，輸出值必須在一定范圍內(nèi)可以控制。通過(guò)應(yīng)用機(jī)械的所謂有載抽頭變換器可以完畢這種控制。作為經(jīng)典狀況，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，因此也就可以在一定范圍內(nèi)控制輸出的直流值。一般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(guò)在電抗器中引入直流電流，使線路中產(chǎn)生一種可變的阻抗。因此，通過(guò)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)控制。7晶閘管整流器在設(shè)計(jì)上非?？拷O管整流器的是晶閘管整流器。由于晶閘管整流器的電參數(shù)是可控的，因此不需要有載抽頭變換器和飽和電抗器。由于晶閘管整流器不包括運(yùn)動(dòng)部件，因此晶閘管整流器系統(tǒng)的維修減少了。注意到的一種長(zhǎng)處是晶閘管整流器的調(diào)整速度較二極管整流器快。在過(guò)程特性的階躍期間，晶閘管整流器常常調(diào)整很快，以致可以防止過(guò)電流。其成果是晶閘管系統(tǒng)的過(guò)載能力可以設(shè)計(jì)得比二極管系統(tǒng)小。8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)流器是一種鐵芯電感線圈，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，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向與電流的方向相反，因而阻礙著電流變化。9倍壓整流器最簡(jiǎn)樸的倍壓整流(二倍)方式是運(yùn)用兩組簡(jiǎn)樸的半波整流，以指向相反的二極管分別生成兩個(gè)正負(fù)不一樣的電源輸出，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(lái)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)接一種開(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)切離時(shí)，這個(gè)電路會(huì)像一種正常的橋式整流；當(dāng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，就會(huì)成為前述的德隆電路，產(chǎn)生倍壓整流的作用。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)交流輸入為100~120V時(shí)，可讓開(kāi)關(guān)為通路；當(dāng)交流輸入為220~240V時(shí)，可讓開(kāi)關(guān)為斷路；這樣便使它很輕易在世界上任何電源間切換，產(chǎn)生大概320V(±15%左右）的直流電壓，以送入一種相對(duì)簡(jiǎn)樸的開(kāi)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(jí)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:Cockcroft–Waltongenerator），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(lái)提供高電壓予舊式電視機(jī)的陰極射線管（C