全波和半波线性整流器的交直流转换

整流器是什么？

有两种基本类型：全波和半波。全波整流器将整个交流波形转换为一系列单极性直流脉冲，而半波整流器只是将交流信号的一半电输出切断，留下直流脉冲。从历史上看，我们还看到了其他几个有趣的设备实现了电压整流，我们将在本文后面讨论。

由于交流电路的电压在正负值之间变化，因此我们将使用在美国看到的60Hz 120VAC值-消除此电波的负半或正半会给您留下一个有点起伏的直流电源。您可以使用单个二极管实现这种传输方法，该二极管只允许电流在一个方向上流动。

让我们更深入地了解交流到直流的转换。

• 请注意，“120VAC”是均方根（RMS）功率值，这是正弦变化的主电源170和-170伏峰值的更实际的读数。
• 如果你切断了波形的最大170V部分，剩下的功率将增加到+170VDC，降低到0V，然后在那里停留1/120秒（因为整个交流电源循环需要1/60秒），然后再次增加到170。

这种类型的转换导致功率输出显著降低。理论上，这相当于交流输入的40.6%。事实上，由于转换不可避免地会损失效率，这个数字会更低。

除了较低的平均功率外，这种转换的潜在缺点是转换后的电能以间歇性脉冲的形式出现。这种转换方法的一个有趣应用利用了这一局限性：一个简单的交流灯泡调光器。光可以保持照明，但由于电流间隙较短，对人眼来说更暗。

单个二极管可以将交流功率转换为间歇性直流电流，但桥式整流器使用四个二极管反转交流脉冲两侧的方向。使用桥式整流器时，直流电仍然从零振荡到峰值，但不会缩短一半时间。这种方法将两倍的功率作为半波馈送到直流输出，理论上达到81.2%的功率转换率（在现实世界中也更低）。

这种整流电源也更容易过滤，以提供可接受的清洁直流输出。即使输出在正弦模式下从零到最大，半波整流直流典型的非瞬时间隙也不存在。

您可以在上面的电路图中看到全波桥式整流器的工作方式：

• 交流线路的任一侧连接到一个二极管的非导电侧和另一个二极管的导电侧之间的节点。
• 当交流线路处于正极状态时，每个二极管允许电流传递到负载的正极侧。
• 负载的负极连接到4二极管链中的相反节点，当处于正确的相位时，允许电流通过两端，从而产生正确的整流电流。

第三种整流电路变体仅使用两个二极管，但它使用中心抽头变压器产生完全整流的直流信号。我们在上图中演示了转换过程：

• 两个变压器输出都通过一个二极管馈电，该二极管只允许正电流通过负载的正侧。
• 直流负载的负极连接到变压器二次绕组的中心抽头，形成零电压基准。
• 因此，交流波的每一侧输出为正直流。
• 如果需要的话，您可以反转二极管（或并联添加两个以上二极管）以形成该波的负版本。

与桥式整流器一样，直流仍以正弦模式振荡，在大多数情况下需要滤波。这种设置的一个缺点是，您需要为这种转换购买变压器。我们在其他两种方法中使用的二极管设置可能是一种更具成本效益的解决方案。

在某些情况下，您可能需要将三相电源（或更多）转换为直流电路。好消息是，通过添加更多二极管，可以很容易地扩展桥式整流器的功能。增加二极管的数量会将更多的脉冲功率引导到负载的正输入和负输入。三相电源需要六个二极管，而6相电流源需要12个二极管。多相电源的一个优点是交流相位重叠，从而产生相对平滑的直流输出。

早在半导体材料制成的二极管进入市场之前，人们就已经开始整流电流了。这里有一些去年的迷人方法：

• 汞弧整流器使用充气管将电力分解为直流电。
• 驱动直流发电机，以机电方式解析功率。
• 一个早期的实践使用了开关模式电源，这是我们今天仍然使用的一种方法。

当您指定组件时，要知道可用的组件可能非常困难。如果你需要一个独特应用的灵感，求助于历史创造者和发明家可以帮助你找到创造性的解决方案。它甚至可以让你不必重新发明交直流飞轮。