FCD----整流器的整流原理

引言：和上一節不同的逆變器（傳送門：FCD-6：逆變器）不同的是，本節簡述的整流器是和逆變器相反的一個過程，即將交流電AC轉換為直流電DC。小功率輸入的可以由集成方案解決，功率稍大的都是采用分立方案，本節主要簡述分立式整流器的整流原理，集成式同理。

1.半波整流

如圖7-1所示，半波整流是使用一個整流二極管來消除輸入負電壓成分后整流為直流電壓（脈沖電壓）。之后再利用儲能電容器的充電和放電功能來平滑波形，從而轉換為純凈的直流電壓。

圖7-1：半波整流簡圖

圖7-2：半波整流階段波形

2.全波整流

由于半波整流對于負電壓完全沒有利用起來，能量利用率（并非效率）比較低，并且要將正半波內的能量平滑到整個周期內，紋波電流、電壓會比較大，對于儲能電容的容量，ESR，紋波電流值都有更高的要求，因此在半波整流的基礎上衍生出了全波整流。

全波整流是通過二極管橋式電路結構將輸入電壓的負電壓成分轉換為正電壓后整流成直流電壓（脈沖電壓）。之后再利用儲能電容器的充電和放電功能來平滑波形，從而轉換為純凈的直流電壓。與不利用輸入負電壓成分的半波整流相比，全波整流是更具能量利用效率的整流方法。此外，平滑后的紋波電壓根據電容器容量和負載Load而變化。

全波整流和半波整流在相同的電容器容量和負載條件下，全波整流的紋波電壓更小。紋波電壓越小，穩定性越高、性能越優。現在基本都是使用NMOS搭建全波整流橋，MCU來驅動MOS的導通與關閉，開關頻率適配AC頻率，半波整流方式已經基本被淘汰。

圖7-3：全波整流拓撲

圖7-4：正半波電流流向

圖7-5：負半波電流流向

從圖7-4和圖7-5的整流過程可以看出，整流橋將負半波電壓糾正為正半波電壓，然后再經過MOS的整流橋主動間歇導通與關斷、Cout平滑為DC直流電壓輸出。波形形成如圖7-6所示。

圖7-6：全波整流階段波形

3.降壓和平滑機制

通過開關方式降低高DC電壓的機理，如下圖7-7是PWM方式的示意圖：

圖7-7：PWM方式降低DC電壓原理

4.NMOS選型

搭建一個分立式整流系統，NMOS的選型和逆變器一樣，除了常規的VGSS、IDSS、RDSON，還需要關注其動態參數，包括導通關斷延時、較低的開關損耗、基準開關性能（極低的Rdson×Qg和Rdson×Qgd）、高頻率工作狀態下良好的EMI表現（集成阻尼網絡）。Gate charge characteristics參數越優秀，驅動損耗越低，驅動速度更快。