桥式整流器

桥式整流器是一种包含四个独立PN结二极管、交流电源和负载电阻的电路。桥式整流器中的四个二极管构成一个闭合回路，称为桥。桥式整流电路的主要优点是不需要中心抽头变压器，从而减小了体积。

单绕组连接到桥的一侧输入端。负载电阻连接到桥的另一侧，如下图所示。

其输出波形与全波整流器相似。四个二极管的工作取决于输入周期正半周和负半周。

下面将详细讨论桥式整流器的构造和工作原理。

构建

桥式整流器的电路图包含四个二极管。我们将这四个二极管命名为D1、D2、D3和D4。这四个二极管呈串联对排列。在每个半周期中，只有四个二极管中的两个导通。在正半周期期间，桥式整流器的二极管D1和D2处于正向偏置。类似地，在负半周期期间，二极管D3和D4处于正向偏置。

首先讨论PN结二极管在正向偏置和反向偏置下的状态。

正向偏置

二极管的正向偏置状态很容易允许电流流过其端子。这是由于存在狭窄的耗尽区。区域越窄，越容易允许载流子从P区移动到N区。

下面显示了二极管的极性与其连接到交流输入端的连接方式。

这表明交流电源的正端连接到二极管的正极。类似地，负端连接到二极管的负极。这被定义为二极管的正向偏置状态。

当二极管工作在正向偏置时，电流随电压水平的升高而增加。电流的流动取决于多数载流子。

反向偏置

二极管的反向偏置状态导致电流沿反向流动。它具有宽的耗尽区。

下面显示了二极管的极性与其连接到交流电源端的连接方式。

这表明交流电源的正端连接到二极管的负侧。类似地，交流电源的负端连接到二极管的正侧。这被定义为二极管的反向偏置状态。

电流流动取决于少数载流子。在反向偏置情况下，二极管通常表现得像一个开路开关。

工作方式

这里，我们将分别讨论桥式整流器在正半周期和负半周期下的工作。

正半周期

在正半周期期间，二极管D1和D2变为正向偏置并串联导通。但是，二极管D3和D4变为反向偏置。这是由于连接到交流电源的二极管的极性。正电压施加到两个二极管的正端，负端施加到二极管的负极，这使它们正向偏置。这两个二极管导通，并产生如下图所示的相应输出波形。

负半周期

在输入周期的负半周期间，二极管D3和D4变为正向偏置并串联导通。但是，二极管D1和D2变为反向偏置且不导通。二极管D3和D4的导通产生如下图所示的相应输出波形。

类似地，在每个正半周和负半周输入周期之后，都会产生相应的输出，如下图所示。

桥式整流器分析

下面讨论桥式整流器的参数。

1. 峰值反向电压

桥式整流器的PIV（峰值反向电压）为：Vm。

2. 二极管中的平均电流和峰值电流

假定电阻器和二极管上的正向电阻分别为RF和RL。

流过两个二极管的电流为

由于有两个二极管串联导通，因此正向电阻为2RF。

3. 理想峰值负载电流

理想二极管的正向电阻视为零。因此，理想峰值负载电流为

理想峰值负载电流与半波整流器和全波整流器相同。

4. 直流输出电流

可以计算为

将Im的值代入上式，得到

5. 电流的RMS值

RMS值可以表示为

将Im的值代入上式，得到

6. 直流输出电压

直流输出电压可以表示为

7. 整流效率

效率 = 输送到负载的直流功率 / 变压器的交流输入功率。

桥式整流器的最大效率是半波整流器的两倍。为81.2%。

8. 纹波系数

桥式整流器的纹波系数可以表示为

可以用电压或电流的形式表示。

9. 稳压

百分比稳压可以表示为

桥式整流器的类型

桥式整流器有四种类型，如下所示。

1. 单相桥式整流器

单相桥式整流器由四个二极管组成，如下图所示。

单相整流器用于提供低功率。它需要单相交流电源作为输入。

2. 三相桥式整流器

三相桥式整流器由六个二极管组成，如下图所示。

三相整流器用于提供大功率。它需要三相交流电源作为输入。

3. 不可控桥式整流器

我们知道二极管是单向的。这意味着PN结二极管只能在一个方向上导电。不可控桥式整流器的四个二极管的配置是固定的。它不允许功率变化。因此，这种整流器通常用于提供固定或恒定的电源。

4. 可控桥式整流器

可控桥式整流器的配置使用固态器件代替二极管。固态器件包括MOSFET、SCR等，它们在负载上提供变化的输出功率。可以通过在不同阶段触发这些固态器件来改变输出功率。

桥式整流器的应用

桥式整流器的应用如下。

• 电源电路
  与中心抽头整流器相比，桥式整流器的成本较低，因此被优先用作电路的电源。
• 焊接
  大多数焊接是用产生直流电弧的机器进行的。整流器是将交流电弧转换为直流电弧的设备。这是通过提供极化电压来实现的。与其他整流器相比，产生的直流电弧更平滑。因此，桥式整流器用于焊接过程。
• 调制无线电信号
  调制无线电信号中的桥式整流器用于检测特定调制信号的幅度。

桥式整流器的优点

桥式整流器的优点如下。

• 不需要中心抽头变压器
  桥式整流器不像半波和全波整流器电路那样需要中心抽头变压器。这减小了整流器电路的尺寸。
• 成本较低
  桥式整流器所需的单次绕组变压器比其他变压器的成本低。
• 电压转换
  桥式整流器可以将高频交流电压转换为低直流电压。输出电压不是纯直流，而是脉动直流。
• 更高的TUF
  桥式整流器比中心抽头变压器具有更高的变压器利用率。
• 双重整流
  桥式整流器的整流百分比是半波整流器的两倍。

桥式整流器的缺点

桥式整流器只有一个主要缺点。其结构需要四个二极管。这使得整流器电路更加复杂。它还增加了整流器电路的电压降。由于存在四个二极管而产生的其他缺点是损耗增加和效率降低。

中心抽头整流器与桥式整流器

中心抽头整流器是一种全波整流器。其功能和工作原理与全波整流器相似。下面讨论中心抽头整流器和桥式整流器之间的常见区别。