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无线充电整流电路
发布时间:2025-06-17 浏览数:53

整流电路的作用是将交流电能转变为直流电能,在电子设备与电力系统领域应用广泛,是电力电子技术中的基础电路之一。常用的整流电路分为以下几类。


1. 二极管半波整流
二极管半波整流电路是整流电路中的基础形式,其结构简单,仅通过一个二极管实现整流功能,如图1所示。它利用二极管的单向导电特性,在交流电压的正半周期时,二极管处于正向偏置状态,允许电流顺利流过,输出直流电压;在交流电压处于负半周期时,二极管则变为反向偏置,有效阻断电流通过,输出电压此时为零。半波整流电路仅对交流电压的半个周期加以利用,输出波形为原始波形的一半,输出电压约为输入交流电压峰值的一半,其成本极低,但是输出电压纹波较大。因此,比较适用于对整流精度要求不高、成本要求较低及负载电流较小的场合。
 
图1 二极管半波整流拓扑结构
Figure 1 Diode Half-Wave Rectification Topology


2. 二极管全桥整流
相比于二极管半波整流,二极管全桥整流由四个整流二极管D1~D4组成桥式结构,如图2所示。接收线圈Ls接收到高频交流电,在正半周期时,二极管D1、D3为正向导通,二极管D2、D4反向截止;在负半周期时,二极管D2、D4为正向导通,二极管D1、D3反向截止。通过这两对二极管的交替导通,该电路能够实现对输入交流电的完全整流,在输出端可以得到波动较小的直流电信号。二极管桥式整流电路能够充分利用输入交流电的每个半波,具有较高的整流效率,输出电压较为稳定,波动较小,结构相对简单,具有易于实现和维护等优点,但是二极管导通时会有一定的压降,电流越大时,问题越明显,因此不太适合输出电流较大的应用场合。
 
图2 二极管全桥整流拓扑结构
Figure 2 Diode full-bridge rectifier topology


3. 半控式整流电路
为了减小二极管全桥整流中二极管导通压降带来的损耗,半控式整流应运而生,其拓扑结构如图3。半控式整流电路是将图3中二极管D2、D3替换成可控性开关器件,通过控制信号的控制来开通或关断,而另一部分二极管则自然导通或截止。它的工作方式与二极管全桥整流类似,效率上相比于二极管全桥整流略有提升,另外电路可以通过调节触发信号等参数来控制Q1、Q2改变输出直流电压的大小,具有一定的灵活性。半控式整流电路通常适用于中小功率场合,对于需要高精度、高效率的电源系统和大功率应用等可能不是最佳选择。
 
图3 半控式整流电路拓扑结构
Figure 3 Semi-controlled rectifier circuit topology


4. 全桥式同步整流电路
全桥式同步整流电路是一种高效、高频率的整流电路,采用可控的开关元件替代了传统的二极管进行整流。如图4,当交流电压处于正半周时,上桥臂的两个开关器件Q1和Q3按一定顺序导通,下桥臂的两个开关器件Q2和Q4保持关断。此时,电流从输入端经过上桥臂的导通开关器件流向输出端,实现电流的单向流动。当输入交流电压处于负半周时,下桥臂的两个开关器件Q2和Q4按相反的顺序导通,上桥臂的两个开关器件Q1和Q3关断,此时,电流从输入端经过下桥臂的导通开关器件流向输出端,同样实现了电流的单向流动,只不过此时电流方向是通过下桥臂流向输出端,与正半周时相反。由于同步整流器采用MOS管(metal oxide semiconductor field effect transistor)等开关器件,其导通电阻远小于肖特基二极管或普通PN结二极管,因此在导通状态下产生的压降小,从而显著减少了导通损耗,提升了整个系统的效率。由于MOS管的开关速度比二极管快,因此全桥式同步整流电路可以在更高的频率下工作,从而减小了滤波器的体积和重量,有利于电路的紧凑化和轻量化设计。
 
图4 全桥式同步整流电路拓扑结构
Figure 4 Full-bridge synchronous rectification circuit topology