基于桥式整流电路稳压源设计.docx

基于桥式整流电路稳压源设计平
浙江科技学院信息与电子工程学院 **

摘要：桥式整流电路巧妙的利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载的上端相连，负极性端与负载的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压（脉动电压的极性一定但大小变化的单向电压）。
关键字：单相桥式;整流电路;稳压源;脉动电压

The Design of Stablized Power based on Bridge Rectifier
(School of Information and Electronic Engineering, Zhejiang Universityof Science and Technology, ****)

Abstract: Bridge rectifier circuit makes cleverly use of one-way conductivity. Four diodes are divided into two groups, and conducted respectively according to the polarity of vice edge voltage. Make the vice edge voltage’s polarity end and load top connected, and negative end and load end connected, so the load end can always get a one-way voltage ripple(voltage ripple is the unidirectional voltage with constant voltage and changeable range).
Keywords: single-phase bridge rectifier; rectification circuit; stablized power; ripple voltage

前言
在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流源供电。小功率稳压电流源的组成可以用图1表示。它是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成的。[1]

整流电路
稳压电路
滤波电路
电源变压 器
～220v 50Hz v1 v2 vR vF Vo

图1 小功率稳压电流源的组成
电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压含有较大的波纹，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网的电压波动（一般有±10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。
本文将讨论设计基于单相桥式的整流电路，来达到稳压的目的。

1.整流
1.1桥式整流电路
桥式整流电路如图2所示。

图2 桥式整流电路的典型电路
它是由电源变压器、四只整流二极管D1~4 和负载电阻RL组成。四只整流二极管接成电桥形式，故称桥式整流。
桥式整流电路属于全波整流，它不是利用副边带有中心轴头的变压器，而是利用四个二极管接成电压桥式，使在电压的V2的正负半周均有电流流过负载，在负载形成单方向的全波脉动电压。
1.2.桥式整流流电路的工作原理
桥式整流电路的工作原理如图3所示。
在V2的正半周，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再有二极管D2流回变压器，所以D1、D2正向导通，D3、D4反偏截止。在负极上产生一个上正下负的输出电压。
在V2的负半周，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D3流向RL，再有二极管D4流回变压器，所以D1、D2反偏截止，D3、D4正向导通电流经过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周相同。[3]

图3 桥式整流流电路的工作原理图
这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电流的计算全波整流相同，即
UL = 0.9U2 （1）
  IL = 0.9U2／RL （2）
流过每个二极管的平均电流为
ID = IL／2 = 0.45 （3）
U2／RL （4）
每个二极管所承受的最高反向电压为
Urm=2U2[2] （5）
1.3桥式整流电路的优点
目前，小功率桥式整流电路的四只整流二极管，被接成桥路后封装成一个整流器件，称"硅桥"或"桥堆"，使用方便，整流电路也常简化为图Z0705（c）的形式。
桥式整流电路克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，但多用了两只二极管。在半导体器件发展快，成本较低的今天，此缺点并不突出，因而桥式整流电路在实际中应用较为广泛。
桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。 桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。
桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘朔料封装而成，大功率桥式整流器在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。桥式整流器品种多，性能优良，整流效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A到50A，最高反向峰值电压从50V到1000V。

2.滤波
2.1滤波电路
交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。
2.2电容滤波
电容器是一个储存电能的仓库。在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把 储存的电能再放出来。充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。图4是最简单的电容滤波电路。

图4 最简单的电容滤波电路
电容器与负载电阻并联，接在整流器后面。在二极管导通期间，e2 向负载电阻Rfz 提供电流的同时，向电容器C充电，一直充到最大值。e2 达到最大值以后逐渐下降；而电容器两端电压不能突然变化，仍然保持较高电压。这时，D 受反向电压，不能导通，于是Uc便通过负载电阻Rfz 放电。由于C和Rfz 较大，放电速度很慢，在e2 下降期间里，电容器C上的电压降得不多。当e2 下一个周期来到并升高到大于Uc时，又再次对电容器充电。如此重复，电容器C两端（即负载电阻Rfz ：两端）便保持了一个较平稳的电压，在波形图上呈现出比较平滑的波形。图5中分别示出半波整流和全波整流时电容滤波前后的输出波形。

图5 半波整流和全波整流时电容滤波前后的输出波形
显然，电容量越大，滤波效果越好，输出波形越趋于平滑，输出电压也越高。但是，电容量达到一定值以后，再加大电容量对提高滤波效果已无明显作用。通常应根据负载电用和输出电说的大小选择最佳电容量。表1 中所列滤波电容器容量和输出电流的关系，可供参考。电容器的耐压值一般取 的1．5倍。表1中列出带有滤波器的整流电路中各电压的关系。
表一 带有滤波器的整流电路中各电压的关系
输出电流
2A左右
1A左右
0.5-1A左右
0.1-0.5A
100-50mA
50mA以下
滤波电容
4000u
2000u
1000u
500u
200u-500u
200u
3.稳压
3.1用复合管做调整管的稳压电电源
在稳压电源中，负载电流Ifz要流过调整管，输出大电流的电源必须使用大功率的调整管，这就要求有足够大的电流供给调整管的基极，而比较放大电路供不出所需要的大电流，另一方面，调整 管需要有较高的电流放大倍数，才能有效地提高稳压性能，但是大功率管一般电流放大倍数都不高。解决这些矛盾的办法，是给原有的调整管再配上一个或几个“助 手”，组成复合管。用复合管做调整管的稳压电源电路如图6所示。

图6 复合管做调整管的稳压电源电路图
用复合管做调整管时，BG2 的反向电流Iceo2将被放大，尤其是采用大功率锗管时，反向截止电流Icbo比较大，并随温度增高按指数增加，很容易造成高温空载时稳压电源的失控，使输出电压Usc 增大。误差信号ΔUsc 经放大加到BG2 的级基极来减少Ic人，可能迫使BG2 截止。为了使调整管在不同温度下都工作在放大区，常在BG1 的基极加电阻（R7）接到电源的正极或负极。在温度或负载变化不大或全用硅管时，可不加这个电阻。R7的数值，可近似由下式决定：
接负极时： R7≈Usc(Icbo1+Iceo2) （6）
接正极时： R7≈Ube1(Iceo2+Icbo1) (7)

4.结论
本文主要讨论了，利用四个二极管可以构成的桥式二极管可以可以制成全波整流的正负电源。[4]从而达到将变压器流出的正弦交流电压，整流成单向脉动电压的目的。在运用滤波电路和复合管式的稳压源电路设计成一个完整的直流稳压源电路。如图7所示。

图7 整流后的电压波形

参考文献
[1] 康华光，电子技术基础 模拟部分[M]，第五版，北京，高等教育出版社，2006年1月，485.
[2] 张辉 王鲁云，迷你电路分析与设计[M]，大连，大连理工大学出版社，2010年3月，260-261.
[3] 施智雄 胡放鸣，使用模拟电子技术[M]，成都，电子科技大学出版社，2006年6月，330.
[4] 户川治朗，实用电路电源设计—从整流电路到你开关稳压器[M],高玉萍 唐伯雁 李大寨，北京，科学出版社，2006年1月，14.
[5] 康华光，电子技术基础 模拟部分[M]，第五版，北京，高等教育出版社，2006年1月，487.