中心抽头全波整流器工作原理、电路图及应用特性
用于将交流电 (AC) 转换为直流电 (DC) 的电气设备称为整流器,主要有两种类型的整流器,分别是半波整流器(HWR )和全波整流器(FWR)。
半波整流器不适用于需要稳定且平坦的直流电压的情况,所以它不能转换AC-DC。为了克服这个主要缺点,使用了全波整流器 。与半波整流器相比,全波整流器产生的正常DC o/p电压更高。此外,全波整流器可以再次分为两种类型,即中心抽头全波整流器和桥式全波整流器。本文简单介绍下中心抽头全波整流器工作原理、电路图及应用特性。
基本概念
通过使用两个二极管以及一个中心抽头变压器将整个交流信号转换为直流而设计的一种整流器称为中心抽头全波整流器。这被称为“全波中心抽头”,因为在一个完整的交流电压周期中有两个完整的周期,这意味着它产生的直流电压是等效交流电源产生的半波整流器的两倍。
电路图
中心抽头全波整流电路的电路图如下所示,该整流器电路可以设计有一个交流电源、两个二极管、一个负载电阻器和一个中心抽头变压器。如下电路图所示,两个二极管连接到一个中心抽头变压器的两端。
电路内的交流电源提供给中心抽头变压器的主绕组,而连接在次级(次)绕组中心的中心抽头或额外导线将i/p电压分成两部分。
次级绕组的较高部分耦合到“D1”二极管,而较低部分耦合到“D2”二极管。两个二极管都使用中心抽头变压器简单地连接到负载电阻器 (RL)。通常情况下,中心抽头被认为是接地点或零电压参考。
工作原理
中心抽头全波整流器的工作原理是,一旦将i/p电压 (Vin) 施加到整流器上,中心抽头变压器的次级绕组就会将此施加的电压分成正负两部分。
在整个+ve半个i/p电压周期中,“A”端变为正极,“B”端变为负极。因此,D1二极管将变为正向偏置,D2二极管将变为反向偏置。这两个D1和D2二极管将同时导通。因此,一旦D1二极管导通,则D2二极管将不导通。每当“D1”二极管导通时,电流“I”将流经该二极管D1和负载电阻器“RL”。
在i/p电压的-ve半周期内,“B”端将变为正,而“A”端将变为负,以使“D2”二极管正向偏置,“D1”二极管反向偏置。流经负载电阻器“RL”的电流在施加的i/p电压的+ve和-ve半周期内的方向相似。因此,可以通过RL获得像Vout = i RL这样的DC o/p电压。
施加的输入电压的波形,整个负载的电流和负载上获得的o/p电压,其波形如下所示:
中心抽头全波整流器与桥式整流器的区别
中心抽头全波整流器和桥式整流器的区别包括以下几方面内容:
中心抽头全波整流器 | 桥式整流器 |
在中心抽头全波整流器中,使用了两个二极管。 | 在桥式整流器中,使用了四个二极管。 |
其峰值反向电压 (PIV) 最大为2Vs。 | 其峰值反向电压 (PIV) 为Vs max。 |
变压器用于中心抽头。 | 不需要变压器。 |
二极管两端的电压降较小。 | 由于四个二极管,电压降很高。 |
TUF(变压器利用率)为0.691 | TUF(变压器利用率)为0.814 |
电压调节较好。 | 电压调节很好。 |
具有较少的电路复杂性。 | 具有更多的电路复杂性。 |
与桥式整流器相比,这些整流器比较昂贵 | 这些整流器是比较便宜 |
参数特性
中心抽头全波整流器的特性包括纹波系数、整流器效率、PIV、DC o/p电流、DC o/p电压、RMS、VRMS和形状因数。
1、效率
中心抽头全波整流器的效率指定了整流器如何有效地从交流电变为直流电。一旦整流器效率高,则称整流器良好,而如果整流器效率低,则称整流器效率低。因此,整流器的效率是直流 (DC) o/p功率与AC i/p功率之比,如下所示:
η = 输出P DC / 输入P AC
一般情况下,中心抽头全波整流器的效率约为81.2%。FWR效率是HWR的两倍,所以这个整流器非常高效。
2、纹波系数 (RF)
纹波系数 (RF) 对于测量输出直流信号中可用的纹波非常有帮助。一旦纹波因数 (RF) 高,则它指定最大脉动DC信号,而如果纹波因数 (RF) 低,则它指定最小脉动DC信号。纹波系数 (RF) 是纹波电压与纯净直流电压的比值。这可以通过使用以下公式来测量:
γ = √ (V rms /V DC ) 2 -1
3、峰值反向电压(PIV)
术语PIV代表“峰值反向电压”,它是一个二极管在反向偏置条件下可以抵抗的最高电压。一旦施加的电压高于PIV,则电路中的二极管将永久损坏。中心抽头全波整流器的峰值反向电压为2Vsmax4、直流O/P电流
当流经两个二极管(如D1和D2)的电流在o/p负载电阻 (RL) 处的方向相似时,则o/p电流就是D1和D2电流的量。因此,D1二极管产生的电流为Imax/π,D2二极管产生的电流为Imax/π。
所以o/p电流I DC = 2Imax / π,这里,“Imax”是最大直流负载电流。
4、直流输出电压
'RL' 处可用的DC o/p电压可以表示为:V DC = 2Vmax /3.14,其中“Vmax”是最大二次电压。
5、VRMS
RMS值“VRMS”是o/p负载电压。因此,中心抽头全波整流器的VRMS为V RMS = I RMS R L => (Im/√2) R L
6、IRMS
“IRMS”是负载电流的均方根值,所以负载电流的RMS值为:
I RMS = Im /√2
7、形状因数(FF)
形状因数 (FF) 是电流的RMS值与DC o/p电流的比值,所以在数学上它可以写成:形状因数 = 电流的RMS值/DC o/p电流
对于中心抽头全波整流器来说,FF(形状因数)值为1.11。
优缺点
中心抽头全波整流器的优点包括以下几点内容:
- 高效率和高输出是因为交流电源在两个半周期都提供电力。
- 更少的功率损耗。
- 纹波系数更小。
- 直流负载电流和直流输出电压是半波整流器的两倍。
- 整流效率是半波整流器的两倍。
中心抽头全波整流器的缺点包括以下几点内容:
- 价格比较昂贵。
- 每个二极管只使用变压器次级产生的电源电压的一半,因此得到的DC o/p很小。
- 对于攻丝,将中心放在次级上并不容易。
- 电路中使用的二极管应该能够承受高PIV(峰值反向电压),因为每个二极管上的PIV是次绕组一半上最高电压的两倍。
主要应用
中心抽头全波整流器的应用包括以下内容:
- 用于将高输入交流电压转换为低直流电压。
- 由于它们的高效率,所以被用作电源单元内的基本组件。
- 用于为电机、LED等提供电源。
总结
中心抽头全波整流器可在整个输入电压周期内使单向电流流过负载,该整流器使用两个二极管,它们连接在中心抽头变压器的端子上。因此,一旦一个二极管主要导通+ve半周期,那么另一个二极管将导通输入电源的-ve半周期。因此,整个负载电阻保持单向电流流动。