第4节 整流电路(修订中)
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# 1. 什么是整顿？
现在我们来看看[二极管](https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt- 直流电 (opens new window)（DC）。这涉及一种仅允许电荷单向流动的设备。正如我们所见，这正是半导体二极管的作用。最简单的整流电路是_半波_整流器。它只允许交流波形的一半通过负载。（下图）
半波整流电路。
# 2. 半波整流
对于大多数电源应用，半波整流不足以完成任务。整流器输出波形的谐波含量非常大，因此难以过滤。此外，交流电源在每个完整周期仅向负载供电一半，这意味着其一半的容量未被使用。然而，半波整流是降低电阻负载功率的一种非常简单的方法。一些两位灯调光开关将全交流电源施加到灯丝以实现“全”亮度，然后对其进行半波整流以获得较小的光输出。（下图）
半波整流器应用：两级调光器。
在“调光”开关位置，白炽灯接收的功率大约是在全波交流电下正常接收的功率的一半。因为半波整流功率脉冲远远快于灯丝加热和冷却的时间，所以灯不会闪烁。相反，它的灯丝仅在比正常温度更低的温度下工作，提供更少的光输出。
这种将电力快速“脉冲”到响应缓慢的负载设备以控制发送给它的电力的原理在工业电子领域很常见。由于控制设备（在本例中为二极管）在任何给定时间要么完全导通，要么完全不导通，因此它在控制负载功率时消耗的热能很少，因此这种功率控制方法非常节能。该电路可能是为负载提供脉冲电源的最粗略的方法，但它足以作为概念验证应用。
# 3. 全波整流器
如果我们需要对交流电源进行整流以充分利用正弦波的_两个半周期，则必须使用不同的整流电路配置。_这样的电路称为_全波_整流器。一种全波整流器，称为_中心抽头_设计，使用具有中心抽头次级绕组和两个二极管的变压器，如下图所示。
全波整流器，中心抽头设计。
# 4. 正半周期
该电路的操作很容易理解，一次半个周期。考虑第一个半周期，当源极电压极性在顶部为正极 (+) 而在底部为负极 (-) 时。此时只有顶部二极管导通；底部二极管阻断电流，负载“看到”正弦波的前半部分，顶部为正，底部为负。在这个半周期内，只有变压器次级绕组的上半部分承载电流，如下图所示。
全波中心抽头整流器：次级绕组的上半部分在输入的正半周期间导通，向负载提供正半周。
# 5. 负半周期
在下一个半周期内，交流极性反转。现在，另一个二极管和变压器次级绕组的另一半承载电流，而之前在最后半个周期承载电流的电路部分处于空闲状态。负载仍然“看到”正弦波 (opens new window)的一半，极性与以前相同：顶部为正极，底部为负极。（下图）
全波中心抽头整流器：在负输入半周期期间，次级绕组的下半部分导通，向负载提供正半周期。
# 6. 全波整流器设计的缺点
这种全波整流器设计的一个缺点是必须使用带有中心抽头次级绕组的变压器。如果所讨论的电路是高功率电路，那么合适变压器的尺寸和费用就很重要。因此，中心抽头整流器设计仅在低功率应用中可见。
# 7. 其他配置
负载处的全波中心抽头整流器极性可以通过改变二极管的方向来反转。此外，反向二极管可以与现有的正输出整流器并联。结果是下图中的双极性全波中心抽头整流器。请注意，二极管本身的连接性与电桥的配置相同。
双极性全波中心抽头整流器
# 8. 全波桥式整流器
另一种更流行的全波整流器设计存在，它是围绕四二极管桥配置构建的。出于显而易见的原因，这种设计被称为_全波桥_。（下图）
全波桥式整流器。
全波桥式整流电路的电流方向如下图所示为正半周，下图为交流源波形的负半周。请注意，无论输入的极性如何，电流都以相同的方向流过负载。也就是说，源极的负半周是负载的正半周。
对于两个极性，电流流过两个串联的二极管。因此，在二极管中损失了两个源电压的二极管压降（对于 Si，0.7·2=1.4 V）。与全波中心抽头设计相比，这是一个缺点。该缺点仅在极低电压电源中是一个问题。
全波桥式整流器：正半周期的电流。
全波桥式整流器：负半周期的电流。
# 9. 替代全波桥式整流器电路图
记住全波桥式整流器电路中二极管的正确布局通常会让电子学的新生感到沮丧。我发现这个电路的另一种表示更容易记住和理解。这是完全相同的电路，除了所有二极管都以水平姿态绘制，所有“指向”相同的方向。（下图）
全波桥式整流器的替代布局样式。
# 10. 使用替代布局的多相版本
记住桥式整流器电路的这种布局的一个优点是它可以很容易地扩展为下图中的多相版本。
三相全波桥式整流电路。
每条三相线都连接在一对二极管之间：一个将电源路由到负载的正 (+) 侧，另一个将电源路由到负载的负 (-) 侧。
具有三相以上的多相系统很容易适应桥式整流器方案。以下图中的六相桥式整流电路为例。
六相全波桥式整流电路。
当对多相交流电进行整流时，相移脉冲相互重叠以产生比单相交流电整流产生的直流输出更“平滑”（交流含量更少）。这在大功率整流器电路中是一个决定性的优势，在该电路中，滤波组件的绝对物理尺寸会令人望而却步，但必须获得低噪声直流电源。下图为三相交流电的全波整流。
三相交流和三相全波整流输出。
# 11. 纹波电压
在任何整流情况下（单相或多相），与整流器的直流输出混合的交流电压量称为_纹波电压_。在大多数情况下，由于“纯”直流是理想的目标，因此纹波电压是不可取的。如果功率电平不是太大，则可以使用滤波网络来减少输出电压中的纹波量。
# 12. 脉冲、2 脉冲和 6 脉冲装置
有时，通过计算每 360 o电气“旋转”输出的直流“脉冲”数量来引用整流方法。因此，单相半波整流器电路将被称为_1 脉冲_整流器，因为它在交流波形的一个完整周期 (360 o )的时间内产生单个脉冲。单相全波整流器（无论设计、中心抽头或桥接）被称为_2 脉冲_整流器，因为它在一个交流周期的时间内输出两个直流脉冲。三相全波整流器将被称为_6 脉冲_单元。
# 13. 整流电路相位
现代电气工程惯例通过使用相位、_路数_和_脉冲_数的三字段表示法进一步描述了整流器电路的功能。单相半波整流器电路被赋予了有点神秘的名称 1Ph1W1P（1 相，1 路，1 个脉冲），这意味着交流电源电压是单相的，即交流电源线上每相上的电流仅沿一个方向（方式）移动，并且每 360 o电旋转产生一个直流脉冲。
在这个符号系统中，单相、全波、中心抽头整流器电路将被指定为 1Ph1W2P：1 相，每半绕组中有 1 个电流方向或方向，每个周期有 2 个脉冲或输出电压。
单相全波桥式整流器将被指定为 1Ph2W2P：与中心抽头设计相同，除了电流，可以_双向_通过交流线路，而不仅仅是单向。
前面显示的三相桥式整流电路称为 3Ph2W6P 整流器。
# 14. 是否有可能获得比整流器电路相数多两倍的脉冲？
这个问题的答案是肯定的：尤其是在多相电路中。通过创造性地使用变压器，可以将多组全波整流器并联起来，从而为三相交流电产生六个以上的直流脉冲。当绕组配置类型不同时，三相变压器的初级到次级会产生30 o的相移。
换言之，连接 Y-Δ 或 Δ-Y 的变压器将表现出这种 30 o相移，而连接 YY 或 Δ-Δ 的变压器则不会。这种现象可以通过让一个连接 YY 的变压器为桥式整流器供电，并让另一个连接的 Y-Δ 变压器为第二个桥式整流器供电，然后并联两个整流器的直流输出来利用这种现象。（下图）
由于两个整流器输出的纹波电压波形彼此相移 30 o，因此它们的叠加导致的纹波比单独考虑的任一整流器输出要小：每 360 o 12 个脉冲，而不是仅 6 个：
多相整流电路：3相2路12脉冲（3Ph2W12P）
# 15. 总结
- 整流 (opens new window)是将交流电 (AC) 转换为直流电 (DC)。
- 半_波_整流器是一种电路，它只允许将交流电压波形的一个半周期施加到负载上，从而在负载上产生一个非交替极性。传递给负载的最终直流显著“脉动”。
- 全_波_整流器是将交流电压波形的两个半周期转换为一系列不间断的相同极性的电压脉冲的电路。输送到负载的最终直流不会“脉动”那么多。
- 多相交流电经过整流后，会产生比整流后的单相交流电更“平滑”的直流波形（纹波电压更小）。
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