220V直接整流的整流電路設計

　　前言

　　交流市電直接整流是帶有開關電源的電氣電子裝置獲得電源的最簡單的方法，由于這種方案在電路上簡單實用，大大的簡化了電源電路，同時也降低了電源電路的成本，隨之而來的問題就是需要正確選擇整流電路拓撲、整流器件和濾波電容器。單相電容輸入式整流濾波電路簡單，成本低的優點而得到普遍的應用。

　　由于濾波電容器的電壓作用，單相電容輸入式整流濾波電路的二極管導通不再是導電完整的半個周期，而是窄脈沖，這就使得整流二極管的參數選擇與電感輸入式濾波的整流電路的二極管選擇有很大的不同。

　　1．電容輸入式濾波的單相整流電路工作狀態

　　整流器的作用是將電網輸入的交流電轉化為直流電，為使整流后的直流電平滑，通常輸入整流器輸出端直接并聯濾波電容器，整流電路與波形如圖1。

圖1 單向整流濾波電路與波形

　　由于整流器的單向導電性，在輸入電壓瞬時值小于濾波電容器上電壓（整流輸出電壓）整流器不導通，使輸入電流變為2~4mS的窄脈沖。為獲得所需要的整流輸出電流，這個電流窄脈沖的幅值將很高。通常將輸入電流峰值與有效值的比值稱為波形系數，在交流220V輸入整流器直接整流時，這個波形系數（峰值電流與有效值電流的比值）約為2.5~3，大于正弦波的√2。整流器輸出電流有效值與平均值之比約為2~ 2.2，大于正弦波的1.1，峰值電流與平均值之比接近6，決定二極管發熱的有效值電流將明顯大于電感輸入式濾波的工作狀態。

　　2．整流器額定電流的選擇

　　由于整流器輸出電流有效值與平均值之比很大。因此，在選擇整流器的額定電流（IT）時應充分留有電流安全裕量，通常的選擇為：整流器的額定電流（IT）應為輸出電流的3~10倍。

　　整流輸出電壓（V_O）平均值約為輸入電壓有效值（V_IN）的1.2~1.3倍。在220V±20%交流輸入時，最低整流輸出電壓V_DC約200V，在85V~265V交流輸入時，最低整流輸出電壓V_DC約90V。

　　整流輸出電流I_O為：

　　（1）

　　將輸入電壓、輸出功率、效率及整流器額定電流與整流輸出電流的關系代入即得到輸出功率與輸出電流的關系。

　　由式（1）可以得到：

　　輸入電壓為220V±20%，效率為80%時輸出電流與輸出功率的關系為：

　　（2）

　　對應的整流器的額定電流與輸出功率的關系應為：

　　（3）

　　輸入電壓為85V~265V，效率為80%時輸出電流與輸出功率的關系：

　　（4）

　　對應的整流器的額定電流與輸出功率的關系應為：

　　（5）

　　3．整流器額定電壓的選擇

　　整流器承受的理論上的電壓峰值為交流輸入電壓峰值，在220V（1+20%）的條件下，整流器將承受約370V的峰值電壓。

　　由于交流電網中存在的瞬時過電壓等過電壓因素的存在，為確保整流器安全工作，需要整流器的額定電壓（VR）應為最高輸入電壓有效值2倍以上。通常輸入電壓220V±20%或輸入電壓85V~265V應選擇800V以上耐壓的整流器模塊或二極管。

　　4．二極管的散熱能力與二極管的降額使用

　　6A及以下電流的軸向引線式二極管的散熱方式是利用其銅引線將管芯產生的熱量到處是放到環境，因此軸向引線式二極管的允許流過的電流將取決于二極管的引線溫度狀態。在軸向引線二極管數據表中的額定電流是距管芯8.3mm（3/8英寸）或12.7mm（1/2英寸）的引線處溫度為70℃的條件下測試的。隨著該點溫度的上升，二極管允許流過的電流隨之降低直至該點溫度達到150℃時允許流過的電流下降到零。

　　距管芯8.3mm（3/8英寸）或12.7mm（1/2英寸）的引線處溫度取決于二極管自身的發熱程度和二極管引線的散熱條件。引線越短，散熱能力越差。因此在剪短二極管引線后二極管所能承受的電流必將降低，在實際應用中二極管的額定電流應留有足夠的裕量。

　　5．應用實例

　　例如一個耗電150W的彩色電視機，輸入采用220V交流電直接整流輸出，整流器在輸入電壓為220V時的整流輸出電壓約為270V，整流輸出電流平均值約為0.56A，如果僅僅從這個平均值考慮選擇4只1N4007就可以了，但是實際應用中卻采用了6A的整流橋，與前面提到的整流器的額定電流（IT）應為輸出電流的3~10倍是相吻合的。