不受控制的校正器是動力電子中最簡單的AC-DC轉換電路之一。 這些電路被稱為“不受控制的 ” , 因為它們使用無節制的電動電子設備, 如二極管。 在不受控制的校正器中, AC 到DC 是通過二極管轉換的, 它們是被動的電子設備, 允許電流只流向一個方向。

單相半波和全波整變器是最直接的無控制的整變器類型,通常用于低功率應用,效率不是重大關切問題,而三相半波和全波整變器則用于可獲取三相空調功率的高功率應用,中央調壓器、電壓復變器、電壓復變器和其他無控制的整變器等也在各種應用中使用,過濾是不受控制的整變器中的一個關鍵因素,因為這些電路的輸出通常具有相當數量的AC波紋。使用電容器和導管等過濾器有助于減輕AC波紋,并提供更穩定的DC電壓輸出。雖然無控制的整變器的效率比更復雜、更受控制的整變器要低,但由于其簡單和可靠,它們仍然是許多有控制的電子功力系統不可或缺的組成部分。

三相二極管整流器的主要電路表層由三個二極管組成,與變壓器二次繞線的三個階段的每一個階段相連。二極管通常在不受控制的橋接安排下配置,并與電壓源的三個階段相連接。二極管對輸入的 AC 電壓進行校正,結果產生DC 電壓。

電路以二極管的特性為基礎運行,二極管是半導體電子裝置,它只允許流向一個方向。當二極管的前向偏斜時,當其陽極的電壓大于對陰極的電壓時,電路起低阻力作用,使流能通過它。相反,當二極管的反向偏向時,即其陰極的電壓大于對陽極的電壓,它起到高度阻力的作用,防止水流流動。二極管的這一特性對整形電路的運作至關重要。

Single-Phase Half-Wave Rectifiers

單相半波整流器是設計上簡單的基本不受控制的整流器。 此電路由單二極管和一個連成一個AC源的負負阻力器組成。 在AC電壓正半循環期間,二極管是前向偏移的,進行流流動,但負半循環期間,二極管變成反向偏移的,沒有流經負負阻力器。 因此, 橫穿負載阻力器的輸出壓強正在壓動DC, 輸入的AC的波形只有一半得到利用 。

單階段半波校正裝置與一些缺點有關,其中包括低效率,通常約為40%,這是因為在AC電壓的負半周期期間,當二極管不運行時,一半的輸入功率喪失,此外,校正裝置產生的輸出功率顯示高波紋電壓,這可能對電子設備構成挑戰。

Figure 2: Digression: The efficiency of a half-wave diode rectifier

假設抵抗者R對面的峰頂電壓是Vmax.

DC平均電壓計算如下:

因此:

AC 電路中的rms 電流以這種方式計算:

輸入的 AC 功率和輸出 DC 功率等于 :

此處:

RS- 變壓器二級刮風阻力

rD- 裝載二極管阻力

R - 抗負負載

半波校正器的效率定義為負載與輸入AC電源的DC功率比率:

$$eta = frac{P_{dc}}{P_{ac}} = frac{I_{dc}^{2} cdot R}{I_{rms}^{2} cdot (R_s + r_D + R)} approx frac{I_{dc}^{2} cdot R}{I_{rms}^{2} cdot R} = left(frac{I_{max}}{pi}right)^{2} left(frac{2}{I_{max}}right)^{2} = frac{4}{pi^{2}} = 40.53%$$

盡管效率低,波紋電壓高,但單階段半波整流器在小型電力供應或電路中有一些應用,在這些電路中,低成本至關重要,產出波紋電壓可以容忍。

Three-Phase Half-Wave Rectifiers

三階段半波校正裝置用于電力電子應用,需要將三階段空調功率轉換為DC功率,比單階段功率要高,因為使用了AC功率的所有三個階段,但DC電壓的輸出仍經歷電壓,需要額外過濾,以實現穩定的DC電壓。

三階段半波校正裝置的優點是簡單,因為它只需要三個二極管,但其輸出電壓低于其他類型的校正裝置,因為三個階段中只有一個階段是一次使用的。

Figure 3: Half-Wave Three-Phase Diode Rectifier

讓我們假設第五階段的電壓A0°開始于0°。 在0°與30°之間的時間間隔期間,二元D的電壓3陰極最高者(V)C> 五A> 五B因此,二元D3和二極管D1和D2在此之后,在30°至150°的30°至150°之間的時間間隔內,二極管D的電壓1陽極最高(30°-90°:V)A> 五C> 五B; 90°-150°:VA> 五B> 五C因此,二元D1和二極管D2和D3下圖描述了(負載的)整流器輸出的電壓波形。

Figure 4: Output Voltage Waveform of Half-Wave Three-Phase Diode Rectifier

如果我們指定峰頂輸入電壓為VP,輸出電壓波形的平均值為:

這可以限制其應用,特別是在需要高DC電壓的情況下,三階段半波整流還造成輸入流高度的調音扭曲,這可能造成諸如電力傳輸和分配系統損失增加以及電磁干擾增加等問題。

三階段半波校正裝置雖然產出電壓較低,但能帶來一些好處,例如由于只使用了三個二極管而簡單和成本較低,然而,其輸入流中高度的調和扭曲可能導致諸如傳輸和分配系統斷電和電磁干擾等問題,因此,在設計動力電子系統時,必須考慮不同整化型的利弊之間的權衡。

Three-Phase Full-Wave Rectifiers

圖5顯示了一個無管制的三相二極管整形電路,它使用由六個二極管組成的全波橋配置,電路輸入與三相電源連接,而輸出與DC載荷連接,電路的功能說明如下。

Figure 5: Uncontrolled Full-Wave Three-Phase Diode Rectifier

讓我們假設A階段的電壓從0°開始(見下圖)。

Figure 6: Output Voltage Waveform of Full-Wave Three-Phase Diode Rectifier

所以,負載電壓等于: V負載=五C- 五級B

所以,負載電壓等于: V負載=五A- 五級B

時間從0°到30°
VC> 五A> 五BD 5和D4正在
下層D1FOF (電壓電極五)A低于陰極電壓五C)
下層D2FOF (電壓電極五)B低于陰極電壓五A)
下層D3FOF (電壓電極五)B低于陰極電壓五C)
下層D6FOF (電壓電極五)B低于陰極電壓五C)

2) 30°至90°的時段
VA> 五C> 五BD 1和D4正在
下層D2FOF (電壓電極五)B低于陰極電壓五A)
下層D3FOF (電壓電極五)B低于陰極電壓五A)
下層D5FOF (電壓電極五)C低于陰極電壓五A)
下層D6FOF (電壓電極五)B低于陰極電壓五C)

以上圖中描述了(負載)整流器輸出的電壓波形。

Other Single-Phase Rectifier Types

在有動力的電子系統中,使用了各種不受控制的校正裝置,其中之一是中央加壓的校正裝置,在低功率環境下常用。這種校正裝置使用中央加壓變壓器和兩個二極管來創建壓動DC電壓輸出。與此同時,橋梁校正裝置是另一類不受控制的校正裝置,由于它能產生全波校正輸出,因此在很多應用中經常使用。橋梁校正裝置由四個二極管組成,在橋結構中安排了四個二極管來生成DC輸出。

電壓雙軌整變器是另一種不受控制的整變器,用于需要比典型的整變器高的DC電壓輸出的應用中,這種整變器使用兩個二極元和兩個電容器來增加單級AC源的輸出電壓;此外,在特定應用中還使用其他不受控制的整變器表層,其中包括高功率DC應用的Graetz電路和高壓DC應用的Cockcroft-Walton乘數。這些整變器使用二極管和電容器混合生成高功率或高壓DC輸出。無論使用的是哪一種不受控制的整變器,通常需要過濾來盡量減少輸出波形中存在的波波波。電容器、導管或兩者的結合用來平滑輸出波形和盡量減少波波波。

Filtering

過濾是設計不受控制的校正裝置時需要考慮的一個關鍵因素,因為它有助于平滑輸出電壓和減少波紋電壓。 Ripple 電壓是指經校正的AC信號的脈沖性質造成的輸出電壓波的微小波動。這些變化可能導致電子系統精確度下降、電磁干擾加劇以及電子部件可靠性降低等問題。

電容器過濾器由與負載抗力平行連接的電容器組成。隨著電壓的上升,電容器將積累電荷,吸收電路的能量。相反,隨著壓載阻力的下降,電容器將把其儲存的能量排入電路,防止電壓下降過低。減壓的程度取決于過濾電容器的能力值,而更大的電容器值提供更好的過濾性能。

最后,另一種辦法是結合使用電容器和感應器過濾器,稱為LC過濾器。 LC過濾器比僅僅使用電容器或感應器過濾器提供更好的過濾性能,盡管它們對于設計和實施更為復雜。過濾器類型和設計的選擇是基于具體的應用要求,例如所需的波紋減縮水平、成本和體積限制。

責任編輯：彭菁