【大大魚乾的類比電源講堂】--6.全波整流簡介及基本工作原理說明

我們這堂課來講講整流:

傳統上電子電路的主要來源不外乎就是直流電與交流電, 

【直流電】粗略的說就是一般我們常見的電池、太陽能…等,低壓時(<48V)不會觸電的電就是直流電。 

但,除了太陽能以外的電池總有電力用盡的時候, 同時會因為電力的耗盡導致輸出電壓會跟著下降、電壓不穩。 

如果是大功率的電器用品,使用電池當作供電來源就不是一個很好的選擇。

 
【交流電】就是我們牆上插座上那個不小心碰到會讓人「身、心」為之一「震」的東西, 

萬一不小心碰到,運氣好一點的「啊~~」一聲、然後精神會變好 + 咕噥幾句就沒事; 

運氣不好的連慘叫的機會都沒有、直接上天堂當天使去~。 

發電廠發出來的電就是【交流電】,交流電因為供應穩定、不會有電壓下降的問題, 

是一個很好的家電產品或是高耗能電器產品很好的一個來源。 


為什麼電廠要發交流電而不是直流電? 

這是有故事的: 

想當年發明燈泡的偉大【愛迪生】堅持直流電是安全的,電廠應該發直流電供用戶使用。 

但他有一個競爭對手叫--【特斯拉】堅持使用交流電的傳輸效率比較高, 

他的堅持是對的,而且人類第一個無線充電的概念也是他發明的…。 

咳~!扯遠了,這是另一個話題,有興趣的人可以上網搜尋一下相關的文章。 


既然是會電人的交流電,要如何變成不會電人的直流電? 

這個時候就會進入我們這堂課要說的主題:【全波整流】 

全波整流簡介 

主要分為兩種:一是「橋式整流」電路,一是「中心抽頭全波整流」電路,

主要是利用二極管的特性做單向導通進行整流的做用,常用於交流電轉換成直流電來使用。 

【橋式整流電路】

  橋式整流全波整流電路如下圖(a)、(b)、(c)三種不同畫法。 

由電源變壓器Tr、四顆整流二極管D1~4和負载电阻RL组成。看起來像一座橋故稱橋式整流。


  

如下圖橋式整流為全波整流,使用四個二極管所組成的方式, 

使在u1 and u2有正負半週電流流過負載,在負載形成單方向的全波脈動電壓。

橋式整流工作方式: 

  • 如圖一所示u2的正半周,D1、D3導通,D2、D4截止, 電流由Tr次級上端經D1→ RL →D3回到TR 次級下端,在負載RL上得到一半波整流電壓。 
  • 如圖二所示u2的負半周,D1、D3截止,D2、D4導通, 電流由Tr次級的下端經D2→ RL →D4 回到Tr次級上端, 在負載RL 上得到另一半波整流電壓。 

這樣就在負載RL上得到一個與全波整流相同的電壓波形。 

(3)如圖三所示為全波脈動電壓波形,為正半周及負半周導通時所液產生的UL電壓之波形。 

其電流的計算,即 UL = 0.9U2 , IL = 0.9U2/RL 流過每個二極體的平均電流為ID = IL/2 = 0.45 U2/RL 



 

全波整流的特點: 

輸出電壓高、脈動小、正負半週都有電流提供給負載,因此得到充分的利用達到較高的效率。 

在半導體產業發展速度快的情況之下,相較要求成本較低的現今,橋式整流電路因而在實際中應用中較為廣泛被大家所使用。
 

中心抽頭全波整流電路

如下圖所示由兩個半波整流電路組合成的。

變壓器次級線圈中間需要引出一個抽頭,把次組線圈分成兩個對稱的繞組,從而引出大小相等但極性相反的兩個電壓。


工作方式:

  • 正半週時,二極體D1順向偏壓導電,D2逆向偏壓截止,電流由變壓器上端流出,經D1流過RL再回到變壓器中心抽頭,構成迴路,輸出正電壓。 

如下圖所示。


  • 負半週時,二極體D1逆向截止,D2順向導電,電流由變壓器下端流出,經D2流過RL再回到變壓器中心抽頭,構成迴路,輸出亦為正電壓。 

其輸出如下圖所示。  

 

全波整流的特点: 

變壓器中心抽頭的全波整流電路,主要是靠具有中心抽頭的變壓器作為分相動作,再由二極體構成全波整流,為一高效率整流電路,唯變壓器需使用兩組,效率低。 

當負半週時D2逆向偏壓截止,D2同時承受:Vm-(-Vm)=2Vm 的逆向電壓,因此PIV應為2Vm
 

<小貼士1>

只用2顆二極體雖然可以省下橋式整流的另2顆二極體的成本,但因為需要中心抽頭的變壓器,所以得端看客戶的設計考量, 

因為橋式整流同時會經過2顆二極體、其Vf 是全波整流的2倍。 

<小貼士2>

整流完就不會電人了嗎? 答案是否定的,看倌們看到那個整流完的波型是直直一條線對吧? 所以還是會電人^^|| 

改天有空再寫一篇【濾波】讓會電人的脈動波變成不會電人(<48V)的直流。 

【交流電】>>【整流+濾波】=【直流電】

 

~本篇完

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