將交流轉(zhuǎn)換為直流的過(guò)程就是我們常說(shuō)的整流。任何隔離式電源都有著整流模塊，可以將壁式插座中的交流轉(zhuǎn)為高壓直流，或是降壓交流轉(zhuǎn)換為低壓直流。進(jìn)一步的過(guò)程還有濾波，DC-DC轉(zhuǎn)換等等。所以，本文我們將來(lái)探討全波整流的工作。與半波整流相比，全波整流的效率更高。

全波整流可以由以下兩種方式實(shí)現(xiàn)。

1.中央抽頭全波整流

2.橋式整流（使用4個(gè)二極管）

中央抽頭全波整流電路

橋式全波整流電路

如果一個(gè)電路的兩支與第三支相連從而組成一個(gè)循環(huán)，則該網(wǎng)絡(luò)被稱為橋式電路。以上兩者最常用的為使用4個(gè)二極管的橋式整流電路，因?yàn)槭褂脙蓚�(gè)二極管的需要一個(gè)中央抽頭的變壓器，而且與橋式相比并不可靠。二極管橋也可以以單一封裝的元件實(shí)現(xiàn)，比如DB102，GBJ1504，KBU1001等等。

在輸出為同樣濾波電路的情況下，讓紋波系數(shù)減少還是橋式整流電路可靠一些。日常交流電的頻率為50/60Hz，且都是正弦波。波形如下圖所示。

全波整流的工作原理

現(xiàn)在讓我們來(lái)看低幅度交流電壓的整流，比如15V有效值的交流電壓（21V峰峰值電壓）用二極管橋整流為直流電壓。交流源的波形可以被分為正半周和負(fù)半周。所有的電壓，電流都有數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)出有效值。仿真圖如下。

仿真圖

正半周時(shí)，D2和D3會(huì)導(dǎo)通，而負(fù)半周時(shí)，D4和D1會(huì)導(dǎo)通。因此，整流后的輸出波形如下。

輸入和輸出波形

為了減少波形上的紋波，或?yàn)榱俗尣ㄐ胃�加連續(xù)，我們需要在輸出加入一個(gè)電容濾波器。電容與負(fù)載并聯(lián)，從而保證輸出端電壓的穩(wěn)定性。這樣，輸出端的紋波就會(huì)減少。

加入一個(gè)1uF的電容作為濾波器

全波整流電路加入電容濾波器的仿真圖

1uF電容對(duì)輸出的濾波有限，因?yàn)?uF所能存儲(chǔ)的能量很少。以下是濾波波形。

輸入與輸出波形

考慮到輸出仍存在紋波，所以我們打算以不同容值的電容來(lái)測(cè)試輸出。以下是不同容值電容測(cè)試出的紋波減少波形。

輸入與輸出波形

輸出波形：綠色-1uF 藍(lán)色-4.7uF 芥綠色-10uF 深綠色-47uF

有電容下的電路運(yùn)作方式

在信號(hào)的正半周和負(fù)半周，二極管都會(huì)導(dǎo)通電容充電的同時(shí)，負(fù)載也會(huì)獲得供電。而向電容內(nèi)存儲(chǔ)能量的瞬時(shí)電壓間隔要高于電容向外部供電的瞬時(shí)電壓間隔。電容存儲(chǔ)的能量越多，則輸出波形上的紋波越少。

紋波系數(shù)的理論計(jì)算公式如下，

紋波系數(shù)=Idc/（2 x R x f x Cout x Idc）

我們帶入以下參數(shù)并與以上波形對(duì)比：

R=1kΩ f=100Hz Cout=1uF Idc=15mA

因此，紋波系數(shù)為5V

紋波系數(shù)的差異可以用高容值的電容來(lái)補(bǔ)償。全波整流的效率在80%以上，也就是半波整流的兩倍。

橋式全波整流電路所需元器件

220V/15V的交流降壓變壓器

1N4007二極管 x 4

電阻

電容

MIC RB156

此處，15V的有效電壓的峰值電壓為21V。所以所有器件的額定電壓應(yīng)該在25V以上。

電路的工作原理

降壓變壓器

降壓變壓器由疊片鐵芯上的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈組成。初級(jí)線圈的匝數(shù)高于次級(jí)線圈。每個(gè)線圈的角色都相當(dāng)于單獨(dú)的電感。當(dāng)初級(jí)線圈通交流電時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生磁通量。次級(jí)線圈在磁通量的變化下產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。這股感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)流入與其相接的外部電路。匝數(shù)比和線圈的電感決定了初級(jí)線圈產(chǎn)生的磁通量和次級(jí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

插座里傳來(lái)的220V交流電在該變壓器的運(yùn)作下降至15V交流電。這股交流電隨后通入下面的整流電路。

無(wú)濾波器的全波整流電路

對(duì)應(yīng)的負(fù)載電壓為12.43V，因?yàn)檫@是有間斷波形的平均輸出電壓。

加入濾波器的全波整流電路

1.當(dāng)CL=4.7uF時(shí)，紋波減少所以平均電壓提升至15.78V。

2.當(dāng)CL=10uF，紋波進(jìn)一步減少，平均電壓為17.5V。

3.當(dāng)CL=47uF時(shí)，平均電壓為18.92V。

4.當(dāng)CL=100uF時(shí)，增加電容阻值已經(jīng)影響不大，波形已逐漸平緩而且紋波已經(jīng)很低，平均電壓為19.01V.