整流回路

整流とは何ですか？

ここで、ダイオードの最も一般的なアプリケーションである整流について説明します。。簡単に定義すると、整流とは、交流（AC）を直流（DC）に変換することです。これには、一方向の電荷の流れのみを許可するデバイスが含まれます。これまで見てきたように、これはまさに半導体ダイオードが行うことです。最も単純な種類の整流回路は半波です。整流器。 AC波形の半分だけが負荷に通過します。（下の図）

半波整流回路。

半波整流

ほとんどの電力アプリケーションでは、半波整流はタスクには不十分です。整流器の出力波形の高調波成分は非常に大きいため、フィルタリングが困難です。さらに、AC電源は、フルサイクルごとに半分だけ負荷に電力を供給します。つまり、容量の半分は未使用です。ただし、半波整流は、抵抗性負荷への電力を削減するための非常に簡単な方法です。一部の2位置ランプ調光スイッチは、ランプフィラメントに完全なAC電力を適用して「完全な」明るさを実現し、半波で整流して光出力を低下させます。（下の図）

半波整流器アプリケーション：2レベルランプ調光器。

「薄暗い」スイッチの位置では、白熱灯は、全波ACで動作する場合に通常受け取る電力の約半分を受け取ります。フィラメントが加熱および冷却する時間よりもはるかに速く半波整流された電力パルスが発生するため、ランプは点滅しません。代わりに、そのフィラメントは通常よりも低い温度で動作するだけで、より少ない光出力を提供します。

応答の遅い負荷デバイスに電力を急速に「パルス」して、そこに送られる電力を制御するというこの原理は、産業用電子機器の世界では一般的です。制御装置（この場合はダイオード）は常に完全に伝導性または完全に非伝導性であるため、負荷電力を制御しながら熱エネルギーをほとんど放散せず、この電力制御方法は非常にエネルギー効率が高くなります。この回路は、おそらく負荷に電力をパルスする最も粗雑な方法ですが、概念実証アプリケーションとしては十分です。

全波整流器

両方を最大限に活用するためにAC電源を整流する必要がある場合正弦波の半サイクルでは、異なる整流回路構成を使用する必要があります。このような回路は全波と呼ばれます整流器。 センタータップと呼ばれる全波整流器の一種設計では、下の図のように、センタータップ付きの2次巻線と2つのダイオードを備えたトランスを使用します。

全波整流器、センタータップ設計。

ポジティブハーフサイクル

この回路の動作は、一度に半サイクルずつ簡単に理解できます。ソース電圧の極性が上が正（+）、下が負（-）の場合、最初の半サイクルを考えてみます。このとき、トップダイオードのみが導通しています。下部のダイオードは電流をブロックしており、負荷は正弦波の前半を「認識」し、上部が正、下部が負になります。下の図のように、この半サイクルの間、トランスの2次巻線の上半分だけが電流を流します。

全波センタータップ整流器：二次巻線の上半分は、入力の正の半サイクル中に導通し、負荷に正の半サイクルを供給します。

負の半サイクル

次の半サイクル中に、AC極性が反転します。ここで、もう一方のダイオードとトランスの2次巻線の残りの半分は電流を流しますが、回路の最後の半サイクル中に以前は電流を流していた部分はアイドル状態になります。負荷は、以前と同じ極性（上が正、下が負）の正弦波の半分を「認識」します。（下の図）

全波センタータップ整流器：負の入力半サイクルの間、二次巻線の下半分が導通し、負荷に正の半サイクルを供給します。

全波整流器設計の欠点

この全波整流器の設計の欠点の1つは、センタータップ付きの2次巻線を備えたトランスが必要なことです。問題の回路が高電力の回路である場合、適切な変圧器のサイズと費用は重要です。したがって、センタータップ整流器の設計は、低電力アプリケーションでのみ見られます。

その他の構成

負荷での全波センタータップ整流器の極性は、ダイオードの方向を変えることによって逆にすることができます。さらに、逆ダイオードは既存の正出力整流器と並列接続できます。結果は、下の図の二重極性全波センタータップ整流器です。ダイオード自体の接続はブリッジと同じ構成であることに注意してください。

双極性全波センタータップ整流器

全波ブリッジ整流器

もう1つの、より一般的な全波整流器の設計が存在し、4ダイオードブリッジ構成を中心に構築されています。明らかな理由から、この設計は全波ブリッジと呼ばれます。。（下の図）

全波ブリッジ整流器。

全波ブリッジ整流回路の電流方向は、AC電源波形の正の半サイクルについては下の図に、負の半サイクルの場合は下の図のようになります。入力の極性に関係なく、電流は負荷を同じ方向に流れることに注意してください。つまり、ソースの負の半サイクルは、負荷での正の半サイクルです。

電流は、両方の極性で直列に接続された2つのダイオードを流れます。したがって、ソース電圧の2つのダイオード降下がダイオードで失われます（Siの場合は0.7・2 =1.4V）。これは、全波センタータップ設計と比較して不利です。この欠点は、非常に低電圧の電源でのみ問題になります。

全波ブリッジ整流器：正の半サイクルの電流の流れ。

全波ブリッジ整流器：負の半サイクルの電流の流れ。

代替全波ブリッジ整流器の回路図

全波ブリッジ整流回路のダイオードの適切なレイアウトを覚えていると、電子工学の新入生にとってイライラすることがよくあります。この回路の代替表現は、覚えやすく、理解しやすいことがわかりました。これはまったく同じ回路ですが、すべてのダイオードが水平方向に描かれ、すべて同じ方向を「指している」点が異なります。（下の図）

全波ブリッジ整流器の代替レイアウトスタイル。

代替レイアウトを使用した多相バージョン

ブリッジ整流回路のこのレイアウトを覚えておくことの利点の1つは、下の図の多相バージョンに簡単に拡張できることです。

三相全波ブリッジ整流回路。

各三相線は、ダイオードのペアを接続します。1つは負荷の正（+）側に電力をルーティングし、もう1つは負荷の負（-）側に電力をルーティングします。

3相以上の多相システムは、ブリッジ整流器スキームに簡単に対応できます。下の図の6相ブリッジ整流回路を例にとってみましょう。

6相全波ブリッジ整流回路。

多相ACが整流されると、位相シフトされたパルスが互いに重なり合って、単相ACの整流によって生成されるものよりもはるかに「スムーズ」な（AC含有量が少ない）DC出力を生成します。これは、フィルタリングコンポーネントの物理的なサイズが非常に大きいが、低ノイズのDC電力を取得する必要がある、高電力整流回路で決定される利点です。下の図の図は、三相ACの全波整流を示しています。

三相ACおよび3相全波整流器出力。

リップル電圧

単相または多相の整流の場合、整流器のDC出力と混合されるAC電圧の量は、リップル電圧と呼ばれます。。ほとんどの場合、「純粋な」DCが望ましい目標であるため、リップル電圧は望ましくありません。電力レベルがそれほど大きくない場合は、フィルタリングネットワークを使用して、出力電圧のリップル量を減らすことができます。

1パルス、2パルス、および6パルスユニット

場合によっては、整流の方法は、360 ^o ごとに出力されるDC「パルス」の数を数えることによって参照されます。電気の「回転」の。したがって、単相の半波整流回路は、 1パルスと呼ばれます。整流器は、1つの完全なサイクル（360 ^o ）の間に単一のパルスを生成するためです。）AC波形の。単相全波整流器（設計、センタータップ、ブリッジに関係なく）は 2パルスと呼ばれます。整流器は、1つのACサイクルに相当する時間の間に2つのDCパルスを出力するためです。三相全波整流器は 6パルスと呼ばれますユニット。

整流回路フェーズ

現代の電気工学の慣習では、相の3フィールド表記を使用して、整流回路の機能についてさらに説明しています。、ウェイズ 、およびパルスの数 。単相半波整流回路には、1Ph1W1P（1相、1ウェイ、1パルス）というやや不可解な指定があります。これは、AC供給電圧が単相であり、AC供給ラインの各相の電流であることを意味します。一方向（方向）にのみ移動し、360 ^o ごとにDCの単一パルスが生成されること電気回転の。

この表記システムでは、単相、全波、センタータップ整流回路は1Ph1W2Pとして指定されます。つまり、各巻線の半分に1相、1方向または方向の電流、1サイクルあたり2パルスまたは出力電圧です。

単相、全波、ブリッジ整流器は1Ph2W2Pとして指定されます。電流を除いて、センタータップ設計の場合と同じです。両方一方向ではなく、ACラインを通過します。

前に示した三相ブリッジ整流回路は、3Ph2W6P整流器と呼ばれます。

整流回路の相数の2倍より多くのパルスを取得することは可能ですか？

この質問に対する答えは「はい」です。特に多相回路ではそうです。変圧器を創造的に使用することにより、全波整流器のセットを並列化して、ACの3相に対して6つを超えるDCパルスを生成することができます。 30 ^o 巻線構成が同じタイプでない場合、位相シフトは三相変圧器の一次側から二次側に導入されます。

言い換えると、Y-ΔまたはΔ-Yのいずれかに接続された変圧器は、この30 ^o を示します。位相シフト、Y-YまたはΔ-Δに接続された変圧器はそうではありません。この現象は、Y-Yに接続された1つの変圧器がブリッジ整流器に給電し、Y-Δに接続された別の変圧器が2番目のブリッジ整流器に給電し、両方の整流器のDC出力を並列化することで利用できます。（下の図）

2つの整流器の出力のリップル電圧波形は位相シフトされているため30 ^o 互いに重ね合わせると、別々に検討したどちらの整流器出力よりもリップルが少なくなります。360^o あたり12パルス 6つではなく：

多相整流回路：3相2ウェイ12パルス（3Ph2W12P）

レビュー：

修正交流（AC）から直流（DC）への変換です。
半波整流器は、AC電圧波形の半サイクルだけを負荷に印加できるようにする回路であり、その結果、負荷の両端に1つの非交互極性が生じます。結果として生じるDCは、負荷に大幅に「脈動」します。
全波整流器は、AC電圧波形の両方の半サイクルを同じ極性の途切れのない一連の電圧パルスに変換する回路です。結果として負荷に供給されるDCは、それほど「脈動」しません。
多相交流は、整流されると、はるかに「滑らかな」DC波形を生成します（リップルが少ない）電圧）整流された単相ACより。

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