整流電路

wish

　　電力公司供給用戶的是交流電，而各種有線、無線電裝置需要用直流電。整流，就是把交流電變為直流電的過程。利用具有單向導電特性的電子零件，可以把方向和大小交變的交流電變換為直流電。下面介紹利用二極體組成的各種整流電路。

一、半波整流電路

圖5-1、是一種最簡單的整流電路。它由電源變壓器B 、整流二極體D 和負載電阻Rfz組成。變壓器把市電電壓（多為110或220伏特）變換為所需要的交變電壓e2，D 再把交流電變換為脈動直流電。

下面從圖5-2的波形圖上看著二極體是怎樣整流的。

　　變壓器初級電壓e2，是一個方向和大小都隨時間變化的正弦波電壓，它的波形如圖5-2（a）所示。在0～K時間內，e2為正半周即變壓器上端為正下端為負。此時二極體承受正向電壓面導通，e2通過它加在負載電阻Rfz上，在π～2π 時間內，e2為負半周，變壓器次級下端為正，上端為負。這時D承受反向電壓，不導通，Rfz，上無電壓。在π～2π時間內，重複0～π 時間的過程，而在3π～4π時間內，又重複π～2π時間的過程…這樣反復下去，交流電的負半周就被"削"掉了，只有正半周通過Rfz，在Rfz上獲得了一個單一右向（上正下負）的電壓，如圖5-2（b）所示，達到了整流的目的，但是，負載電壓Usc。以及負載電流的大小還隨時間而變化，因此，通常稱它為脈動直流。

這種除去半周的整流方法，叫半波整流。不難看出，半波整說是以"犧牲"一半交流為代價而換取整流效果的，電流利用率很低（計算表明，整流得出的半波電壓在整個週期內的平均值，即負載上的直流電壓Usc =0.45e2 ）因此常用在高電壓、小電流的場合，而在一般無線電裝置中很少採用。

二、全波整流電路
　　如果把整流電路的結構作一些調整，可以得到一種能充分利用電能的全波整流電路。圖5-3 是全波整流電路的電路原理圖。

全波整流電路，可以看作是由兩個半波整流電路組合成的。變壓器次級線圈中間需要引出一個抽頭，把次組線圈分成兩個對稱的繞組，從而引出大小相等但極性相反的兩個電壓e2a 、e2b ，構成e2a 、D1、Rfz與e2b 、D2、Rfz ，兩個通電回路。
　　全波整流電路的工作原理，可用圖5-4 所示的波形圖說明。在0～π間內，e2a   對Dl為正向電壓，D1 導通，在Rfz 上得到上正下負的電壓；e2b   對D2為反向電壓，D2 不導通（見圖5-4（b）。在π-2π時間內，e2b 對D2為正向電壓，D2導通，在Rfz 上得到的仍然是上正下負的電壓；e2a   對D1為反向電壓，D1 不導通（見圖5-4（C）。



如此反復，由於兩個整流元件D1、D2輪流導電，結果負載電阻Rfz 上在正、負兩個半周作用期間，都有同一方向的電流通過，如圖5-4（b）所示的那樣，因此稱為全波整流，全波整流不僅利用了正半周，而且還巧妙地利用了負半周，從而大大地提高了整流效率（Usc＝0.9e2，比半波整流時大一倍）。
但是圖5-3所示的全波整流電路，需要變壓器有一個使兩端對稱的次級中心抽頭，這給製作上帶來很多的麻煩。另外，這種電路中，每只整流二極體承受的最大反向電壓，是變壓器次級電壓最大值的兩倍，因此需用能承受較高電壓的二極體。

圖5-5（a ）為橋式整流電路圖，（b）圖為其簡化畫法。



三、橋式整流電路
橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩隻二極體口連接成"橋"式結構，便具有全波整流電路的優點，而同時在一定程度上克服了它的缺點。

橋式整流工作原理

橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時，對D1、D3和方向電壓，Dl，D3導通；對D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構成e2、Dl、Rfz 、D3通電回路，在Rfz ，上形成上正下負的半波整洗電壓，e2為負半周時，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導通；對D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構成e2、D2Rfz  、D4通電回路，同樣在Rfz 上形成上正下負的另外半波的整流電壓。



上述工作狀態分別如圖5-6（A） （B）所示。


如此重複下去，結果在Rfz，上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖5-6中還不難看出，橋式電路中每只二極體承受的反向電壓等於變壓器次級電壓的最大值，比全波整洗電路小一半！　　

wish

交流電經過二極體整流之後，方向單一了，但是大小（電流強度）還是處在不斷地變化之中。這種脈動直流一般是不能直接用來給一般電路供電的。要把脈動直流變成波形平滑的直流，還需要再做一番“填平取齊”的工作，這便是濾波。換句話說，濾波的任務，就是把整流器輸出電壓中的波動成分盡可能地減小，改造成接近恒穩的直流電。

一、電容濾波
電容器是一個儲存電能的倉庫。在電路中，當有電壓加到電容器兩端的時候，便對電容器充電，把電能儲存在電容器中；當外加電壓失去（或降低）之後，電容器將把儲存的電能再放出來。充電的時候，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓；放電的時候，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。電容器的容量越大，負載電阻值越大，充電和放電所需要的時間越長。這種電容帶兩端電壓不能突變的特性，正好可以用來承擔濾波的任務。

圖5-9是最簡單的電容濾波電路，電容器與負載電阻並聯，接在整流器後面，下面以圖5-9（a）所示半波整施情況說明電容濾波的工作過程。在二極體導通期間，e2向負載電阻Rfz提供電流的同時，向電容器C充電，一直充到最大值。e2達到最大值以後逐漸下降；而電容器兩端電壓不能突然變化，仍然保持較高電壓。這時，D受反向電壓，不能導通，於是Uc便通過負載電阻Rfz放電。由於C和Rfz較大，放電速度很慢，在e2下降期間裏，電容器C上的電壓降得不多。當e2下一個週期來到並升高到大於Uc時，又再次對電容器充電。如此重複，電容器C兩端（即負載電阻Rfz：兩端）便保持了一個較平穩的電壓，在波形圖上呈現出比較平滑的波形。圖5-10（a）（b）中分別示出半波整流和全波整流時電容濾波前後的輸出波形。

顯然，電容量越大，濾波效果越好，輸出波形越趨於平滑，輸出電壓也越高。但是，電容量達到一定值以後，再加大電容量對提高濾波效果已無明顯作用。通常應根據負載電用和輸出電說的大小選擇最佳電容量。

a471

感謝W大的說明..~hm257~

legend9735

原帖由 wish 於 2008-8-8 10:15 PM 發表 http://bbs.pigoo.com/images/common/back.gif
交流電經過二極體整流之後，方向單一了，但是大小（電流強度）還是處在不斷地變化之中。這種脈動直流一般是不能直接用來給一般電路供電的。要把脈動直流變成波形平滑的直流，還需要再做一番“填平取齊”的工作，這便是濾波。換句 ...

wish大：
一般舊型的power，使用被動式PFC元件的那種，
像七盟的舊型的300W或250w的power，「橋式整流子」是PF值高低的關鍵嗎？
我家的這二台七盟PF值用"變電家"測量出來，大約是0.60-0.62，
而另外一台新買的康舒470W使用主動式PFC元件，一樣變電家量的，可高達0.96。

看過一些資料有提到，海韻的網站吧！
「被動式PFC，使用由電感、電容等組合而成的電路來降低諧波電流，其輸入電流為低頻的50Hz到60Hz，因此需要大量的電感與電容。而且其功率因素校正僅達75%~80%。」，
他提到電感和電容，我們有可能改裝一下舊POWER，在合理的成本上拉高PF值嗎？~hm238~
會不會花費太高，其實沒有經濟效益。~hm248~

wish

電力分為實功率與虛功率兩種，PF叫做功率因數，如果實功率為1，虛功率為0，這樣當然是理想狀態，申請動力電的用戶，一般就會安裝監控單元，再搭配進數個進相電容器自動控制，使之趨近於1(100%)。但是如果是家庭，我想沒有人會安裝這種東西。
舊型的電源供應器受限於以往供電需求不大，所以觀念較不注重，但是如今光是一個電腦動輒4至500W，及節能減碳等環保概念意識抬頭下，廠商紛紛推出功率因數控制IC，你所說的康舒470W應就是此類產品。如果你的要求是比較被動式及主動式的電源供應器誰的功率因數較高，則不管你怎麼改，被動式都不可能跟上主動式，不過我覺得你的測試有問題，功率因數的高低跟負載有關係，你應該找一個舊型的470W電源供應器再測一次才對。
電源電路在設計時並不是一味考慮功率因數，尢其是電源電路這種東西，例如某一重要功能與功率因數相衝突，我想就算是我也會犧牲功率因數的。
舉個例子好了，請參考下圖︰



電源供應器的輸出都會接洩放電阻，上圖那個33Ω 2W的電阻就是洩放電阻，它是跨接在5V輸出端與地端，歐姆定律告訴我們5V/33Ω=0.15A。大家想一想？這0.15A是從一開機就會開始浪費到關機才停止的，但是連這種爛泡兒都要用它，你覺得不覺得它一定是扮演很重要的角色？這還是5V端喔，還有12V端還沒計算在內哩！
主動式FPC的功率因數一定比被動的高(正常的話)，但是我覺得這不是評論一個電源供應器好壞的主要原因。而是否可以藉由花費少量金錢改裝而提高功率因數？這個是要看原本電路結構，或許它也已經最佳化了也說不定。

※對了！最佳化這個名詞我好像在那裡聽過耶！

mecmar

我以前看過有人在賣「省電器」，只要把它插在家中的任一個插座上就可以達到省電的效果，有人告訴我「省電器」是用來調節功率因數的，請問W大這是不是真的？

a471

原帖由 mecmar 於 2009-2-1 09:45 PM 發表 http://bbs.pigoo.com/images/common/back.gif
我以前看過有人在賣「省電器」，只要把它插在家中的任一個插座上就可以達到省電的效果，有人告訴我「省電器」是用來調節功率因數的，請問W大這是不是真的？ ...

沒錯!~所謂的省電器拆開後裡面就是一顆大電容器...

像日光燈阿.....早期的日光燈燈具電路上頭沒有電容這種東西，但是現在的有了!
說是改善功率因素用......

legend9735

原帖由 wish 於 2009-2-1 06:56 PM 發表 http://bbs.pigoo.com/images/common/back.gif
主動式FPC的功率因數一定比被動的高(正常的話)，但是我覺得這不是評論一個電源供應器好壞的主要原因。而是否可以藉由花費少量金錢改裝而提高功率因數？這個是要看原本電路結構，或許它也已經最佳化了也說不定。 ...

看樣子，我想的有點單純。PF值要提昇沒那麼容易。
以我家的連鈺 320w核電廠那顆來說：
五年前買的，我一直沒去管它肚內有什麼東西，那時也沒那麼多資訊，外表鏡面看起來漂亮，買來插上就用。
後來，看到一些文章，在好奇心的驅使下，拆開連鈺那顆，一看嚇一跳，掛掉了一堆電容，都是爆漿的掛法。換好之後，它又正常工作了。

然後，我又開始動它的高壓大電容的歪腦筋，~hm252~
一來對Fuhjjyu富之餘電容沒有信心，想把它的的200v 470uf的換下來，；
再者，也想了解大電容對PF值有沒有影響力。
不過高壓電容比較貴，我先拆七盟250w的來頂著用。
七盟的用料比較好，大電容用的是國際牌的 200v 470uf，
拆換之後，用變電家測量PF值，很可惜幾乎一樣，沒有提昇。

不死心，再拆七盟300W的，用料更讚，是RUBYCON 200V 680UF，
結果咧，PF值還是一樣。

看起來大電容似乎沒有影響到PF值，或許是我用的大電容等級不夠好。
最後，我想到的是，交流電轉換為直流電，橋式整流子是一個重點，那麼換好一點的橋式整流子有沒有可能會提昇PF值咧？
照理說，也要直接動手實驗，想拆七盟的橋式整流子來證實，不過，我先量過七盟的，他們也是PF值在0.60-0.62，跟連鈺的0.59-0.60也沒差，所以不用浪費時間。
WISH大，這個心路歷程向您報告。
海韻或許電路設計能力強，一開始佈線就把被動式的POWER的PF值拉昇到75%，
我不知道是它用什麼料，若純粹是電路的問題，那就沒輒了。
對了！
講了半天，沒圖沒真相，
電源供應器鬼門關前搶救---富之餘電容六顆爆五顆和更換

wish

你經過這樣的實驗也是一種收獲。

winrar070

主動式PFC是採用IC控制,將輸入電壓與電流波形相位拉至一致
被動式PFC則是採用被動元件-電感,利用電感特性來達到功用

a471

受教了....3Q~hm250~

umaga

菜鳥請教一個問題~~單一顆電容做瀘波跟把多顆電容並聯成相同電容量做瀘波，效果有差別嗎?還是只是可用來替代找不到大電容的方法呢?

funney

很實用的觀念
又複習了一次電子學了
感謝分享

g9616723

一開始有點看不是很懂，反覆看幾遍之後懂了不少觀念~感謝分享~

逃兵

其實. 家用電錶, 只是功率錶.
不管你虛功率的.只算實功率.
所以家庭用的去管功率因素的部份, 是純屬良心問題. 無關錢包問題.

港都狼仔

電源供應器造成的PF差主要是因為電流波形畸變，總諧波電流失真THD<1，所以使PF<1(一般電容性、電感性負載屬於電流相移，相移失真PD<1，使PF<1)
造成畸變原因是因為橋式整流器內使用的矽質二極體並非理想，順向偏壓達0.7V時才導通，反向偏壓截止時又沒立即截止，加上濾波用電容，使電流波形呈現尖波狀而非弦波，THD<1，被動式PFC則是在交流輸入端串聯上一鐵心扼流圈(Choke)，降低尖波高度，可些微提高THD，使PF上升，不過修正效果有限，近期使用的主動PFC，則是透過升壓、降壓電路(升壓使用較多)，利用控制方式，使電流波形得以追隨電壓波形，其中又分為DCM(非連續性導通模式)、BM(邊界模式)、CCM(連續性導通模式)，分別以零電壓偵測/零電流方式使電流波形能更完美的追隨電壓波形，降低死區(Dead zone)面積，有效提升輸出功率。

逃兵

看過一本書.上頭寫的.
以110v 過整流二極體.因為損失 0.7V 所以它在這邊就損失了近 1%
如果用 220V 過整流. 那損失還是 0.7V 所以它在這邊的損失就大約 0.5%
也就是越高過這一段.你的損耗比就越小.
所以看到透過升壓電路來調整.就想到這一段.

xander38912

[media=ra,400,300,0]C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\安森美半導體+功率因數校正(PFC)手冊[1][/media]PFC的觀念談的不多，轉載一些資料，但那偏向設計用....

fando

感謝Wish大的分享, 讓我把遺忘很久的東西再度喚回我的記憶, 感恩蛤......!!~hm238~

hehechang

新註冊又潛水了幾天一直在看電路方面的基礎教學
又上google找了一些相關資料
結果找到有一個Java applet把整個全波整波的處理過程用動畫模擬的方式全部顯示出來
以下網址
http://www.phy.ntnu.edu.tw/demol ... pic.php?topic=17989

第二個applet可以調整電容及電阻的數值即時的看相對應整流的結果
是一個非常有價值的教學

站長可以考慮將這個Java Applet放進這個教學裡面
可以幫助更多人 :)