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交流电如何通过整流二极管来降压?

发布时间:2021-02-03

【导读】一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN结,有正极和负极两个端子。二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中,电流只能从二极管的正极流入,负极流出。
 
整流二极管
 
一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。通常它包含一个PN结,有正极和负极两个端子。二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中,电流只能从二极管的正极流入,负极流出。
 
概述
 
整流二极管(rectifier diode)一种用于将交流电转变为直流电的半导体器件。二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中,电流只能从二极管的正极流入,负极流出。通常它包含一个PN结,有正极和负极两个端子。其结构如图所示。P区的载流子是空穴,N区的载流子是电子,在P区和N区间形成一定的位垒。外加电压使P区相对N区为正的电压时,位垒降低,位垒两侧附近产生储存载流子,能通过大电流,具有低的电压降(典型值为0.7V),称为正向导通状态。若加相反的电压,使位垒增加,可承受高的反向电压,流过很小的反向电流(称反向漏电流),称为反向阻断状态。整流二极管具有明显的单向导电性。整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高,反向漏电流小,高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造(掺杂较多时容易反向击穿)。这种器件的结面积较大,能通过较大电流(可达上千安),但工作频率不高,一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频半波整流电路,如需达到全波整流需连成整流桥使用。
 
交流电如何通过整流二极管来降压?
 
常用参数
 
(1)最大平均整流电流IF:指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。该电流由PN结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管的平均电流不能大于此值,并要满足散热条件。例如1N4000系列二极管的IF为1A。
 
(2)最高反向工作电压VR:指二极管两端允许施加的最大反向电压。若大于此值,则反向电流(IR)剧增,二极管的单向导电性被破坏,从而引起反向击穿。通常取反向击穿电压(VB)的一半作为(VR)。例如1N4001的VR为50V,1N4002-1n4006分别为100V、200V、400V、600V和800V,1N4007的VR为1000V
 
(3)最大反向电流IR:它是二极管在最高反向工作电压下允许流过的反向电流,此参数反映了二极管单向导电性能的好坏。因此这个电流值越小,表明二极管质量越好。
 
(4)击穿电压VB:指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。反向为软特性时,则指给定反向漏电流条件下的电压值。
 
(5)最高工作频率fm:它是二极管在正常情况下的最高工作频率。主要由PN结的结电容及扩散电容决定,若工作频率超过fm,则二极管的单向导电性能将不能很好地体现。例如1N4000系列二极管的fm为3kHz。另有快恢复二极管用于频率较高的交流电的整流,如开关电源中。
 
(6)反向恢复时间trr:指在规定的负载、正向电流及最大反向瞬态电压下的反向恢复时间。
 
(7)零偏压电容CO:指二极管两端电压为零时,扩散电容及结电容的容量之和。值得注意的是,由于制造工艺的限制,即使同一型号的二极管其参数的离散性也很大。手册中给出的参数往往是一个范围,若测试条件改变,则相应的参数也会发生变化,例如在25°C时测得1N5200系列硅塑封整流二极管的IR小于10uA,而在100°C时IR则变为小于500uA。
 
交流电通过整流二极管的降压问题
二极管型号不一样的整流桥,其额定输出电流也不一样。
 
例如 KBPC1510 电压1500V,电流10A
 
KBPC1015 电压1000V,电流15A 。..
 
12V交流电中要用整流二极管整流成12v直流电:整流二极管的参数: 耐压50伏以上,电流大于负载电流,即可。
 
如 IN4001-----IN4007 ;电压50-----700伏,电流 1安。
 
IN5401----IN5408: 电压50-----800伏,电流 3 安
 
交流电如何转换直流电
一、电路原理
 
电容降压式简易电源的基本电路如图1,C1为降压电容器,VD2为半波整流二极管,VD1在市电的负半周时给C1提供放电回路,VD3是稳压二极管,R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。在实际应用时常常采用的是图2的所示的电路。当需要向负载提供较大的电流时,可采用图3所示的桥式整流电路。
 
整流后未经稳压的直流电压一般会高于30伏,并且会随负载电流的变化发生很大的波动,这是因为此类电源内阻很大的缘故所致,故不适合大电流供电的应用场合。
 
二、器件选择
 
1.电路设计时,应先测定负载电流的准确值,然后参考示例来选择降压电容器的容量。因为通过降压电容C1向负载提供的电流Io,实际上是流过C1的充放电电流Ic。C1容量越大,容抗Xc越小,则流经C1的充、放电电流越大。当负载电流Io小于C1的充放电电流时,多余的电流就会流过稳压管,若稳压管的最大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁。
 
2.为保证C1可靠工作,其耐压选择应大于两倍的电源电压。
 
3.泄放电阻R1的选择必须保证在要求的时间内泄放掉C1上的电荷。
 
三、设计举例
 
举例一,计算负载电流
 
图2中,已知C1为0.33μF,交流输入为220V/50Hz,求电路能供给负载的最大电流。C1在电路中的容抗Xc为:
 
Xc=1 /(2 πf C)= 1/(2*3.14*50*0.33*10-6)= 9.65K
 
流过电容器C1的充电电流(Ic)为:
 
Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。
 
通常降压电容C1的容量C与负载电流Io的关系可近似认为:C=14.5*I,其中C的容量单位是μF,Io的单位是A.
 
举例二,根据降压电压元件选型
 
如图2:所示,如果用电容降压电路将220V交流电降压为10V直流电,其各个元件参数应如何选取?(电阻,电容,二极管多大)
 
C1根据所需电流大小选择,每1u电容最大提供68mA电流。
R1是泄放电阻,防止断电后电容上存电电击伤人,一般取820K-1M左右。
稳压二极管VD1用10V/1W的。
VD2是整流二极管,用1N4001~4007都可以。
C2是滤波电容,100u足够了,因为这种电路不会有很大的电流
 
四、应用注意
 
采用电容降压时应注意以下几点:
 
1. 根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容,而不是依据负载的电压和功率。
 
2. 限流电容必须采用无极性电容,绝对不能采用电解电容。而且电容的耐压须在400V以上。最理想的电容为铁壳油浸电容。
 
3. 电容降压不能用于大功率条件,因为不安全。
 
4. 电容降压不适合动态负载条件。
 
5. 同样,电容降压不适合容性和感性负载。
 
6. 当需要直流工作时,尽量采用半波整流。不建议采用桥式整流。而且要满足恒定负载的条件。
 
7. 电容降压式电源是一种非隔离电源,在应用上要特别注意隔离,防止触电。
 
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