整流橋堆上的符號

1、整流橋堆上的符號“”表示交流，“+”表示正極，它和整流二極管的方向是有關(guān)的。如何判別整流橋的好與壞? 用數(shù)字萬用表的二極管檔或指針表的100或1000檔，測量兩交流輸入端到整流橋輸出正端的阻值，若為開路或短路說明整流橋已壞，正常值應(yīng)為400到2000歐姆，還可測正端到輸入端的阻值應(yīng)為無窮大，否則為已壞。負(fù)端到輸入端的阻值也應(yīng)為400到2000才算正常。整流橋就是將整流管封在一個殼內(nèi)了，分全橋和半橋。全橋是將連接好的橋式整流電路的四個二極管封在一起，半橋是將兩個二極管橋式整流的一半封在一起，用兩個半橋可組成一個橋式整流電路，一個半橋也可以組成變壓器帶中心抽頭的全波整流電路，選擇整流橋要考慮整流電

2、路和工作電壓。整流橋的原理整流橋堆一般用在全波整流電路中，它又分為全橋與半橋。全橋是由4只整流二極管按橋式全波整流電路的形式連接并封裝為一體構(gòu)成的，圖是其外形。全橋的正向電流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多種規(guī)格，耐壓值（最高反向電壓）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1000V等多種規(guī)格。選擇整流橋要考慮整流電路和工作電壓.優(yōu)質(zhì)的廠家有“文斯特電子”的G系列整流橋堆，進(jìn)口品牌有ST、IR等。整流橋堆一般用在全波整流電路中，它又分為全橋與半橋。整流橋命名規(guī)則一般整流橋命名中有3個數(shù)字

3、，第一個數(shù)字代表額定電流，A后兩個數(shù)字代表額電壓(數(shù)字*100)V。如：KBL410，即4A，1000V；RS507，即5A，1000V。（1234567分別代表電壓檔的50V，100V，200V，400V，600V，800V，1000V）有多種方法可以用整流二極管將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，包括半波整流、全波整流以及橋式整流等。整流橋，就是將橋式整流的四個二極管封裝在一起，只引出四個引腳。四個引腳中，兩個直流輸出端標(biāo)有或，兩個交流輸入端有標(biāo)記。應(yīng)用整流橋到電路中，主要考慮它的最大工作電流和最大反向電壓。針對整流橋不同冷卻方式的選擇和對其散熱過程的詳細(xì)分析，來闡述元器件廠家提供的元器件熱阻（Rja和

4、Rjc）的具體含義，并在此基礎(chǔ)上提出一種在技術(shù)上可行、使用上操作性強(qiáng)的測量整流橋殼溫的方法，為電源產(chǎn)品合理應(yīng)用整流橋提供借鑒。整流橋作為一種功率元器件，非常廣泛。應(yīng)用于各種電源設(shè)備。其內(nèi)部主要是由四個二極管組成的橋路來實(shí)現(xiàn)把輸入的交流電壓轉(zhuǎn)化為輸出的直流電壓。 在整流橋的每個工作周期內(nèi)，同一時間只有兩個二極管進(jìn)行工作，通過二極管的單向?qū)üδ?，把交流電轉(zhuǎn)換成單向的直流脈動電壓。對一般常用的小功率整流橋 （如：RECTRON SEMICONDUCTOR的RS2501M）進(jìn)行解剖會發(fā)現(xiàn)，該全波整流橋采用塑料封裝結(jié)構(gòu)（大多數(shù)的小功率整流橋都是采用該封裝形式）。橋內(nèi)的四個主 要發(fā)熱元器件二極管被分成兩

5、組分別放置在直流輸出的引腳銅板上。在直流輸出引腳銅板間有兩塊連接銅板，他們分別與輸入引腳（交流輸入導(dǎo)線）相連，形成 我們在外觀上看見的有四個對外連接引腳的全波整流橋。由于該系列整流橋都是采用塑料封裝結(jié)構(gòu)，在上述的二極管、引腳銅板、連接銅板以及連接導(dǎo)線的周圍充滿 了作為絕緣、導(dǎo)熱的骨架填充物質(zhì)環(huán)氧樹脂。然而，環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)是比較低的（一般為0.35W/m，最高為2.5W/m），因此整流橋的結(jié) -殼熱阻一般都比較大（通常為1.010/W）。通常情況下，在元器件的相關(guān)參數(shù)表里，生產(chǎn)廠家都會提供該器件在自然冷卻情況下的結(jié)環(huán)境的熱阻 （Rja）和當(dāng)元器件自帶一散熱器，通過散熱器進(jìn)行器件冷卻的結(jié)-殼熱

6、阻（Rjc）。自然冷卻 一般而言，對于損耗比較?。?lt;3.0W）的元器件都可以采用自然冷卻的方式來解決元器件的散熱問題。當(dāng)整流橋的損耗不大時，可采用自然冷卻方式來 處理。此時，整流橋的散熱途徑主要有以下兩個方面：整流橋的殼體（包括前后兩個比較大的散熱面和上下與左右散熱面）和整流橋的四個引腳。通常情況下，整流 橋的上下和左右的殼體表面積相對于前后面積都比較小，因此在分析時都不考慮通過這四個面（上下與左右表面）的散熱。在這兩個主要的散熱途徑 中，由于自然冷卻散熱的換熱系數(shù)一般都比較?。?lt;10W/ m2C），并且整流橋前后散熱面的絕對面積也比較小，因此實(shí)際上通過該途徑的散熱量也是十分有限的

7、；由于引腳銅板是直接與發(fā)熱元器件（二級管）相連接的， 并且其材料為銅，導(dǎo)熱性能很好，所以在自然冷卻散熱的情況下，整流橋的大部分損耗是通過該引腳把熱量傳遞給PCB板，然后由PCB板擴(kuò)充其換熱面積而散發(fā) 到周圍的環(huán)境中去。具體的分析計算如下：1、 整流橋表面熱阻如圖所示，可以得到整流橋的正向散熱面距熱源的距離為1.7mm，背向散熱面距熱源的距離為0.9mm；由于整流橋的上下及左右外表面積很小，因此忽約其熱量在這四個表面的散發(fā)，可以得到整流橋正面和背面的傳熱熱阻為：一個二極管的熱阻為：由于在同一時間，整流橋內(nèi)的四個二極管只有兩個在同時進(jìn)行工作，因此整流橋正面與背面的傳熱熱阻應(yīng)分別為兩個二極管熱阻的并

8、聯(lián)，即：由于整流橋表面到周圍空氣間的散熱為自然對流換熱，則整流橋殼體表面的自然冷卻熱阻為由上所述，可以得到整流橋通過殼體表面（正面和背面）的結(jié)溫與環(huán)境的熱阻分別為：則整流橋通過殼體表面途徑對環(huán)境進(jìn)行傳熱的總熱阻為：2、 整流橋引腳熱阻假設(shè)整流橋焊接在PCB板上，其引腳的長度為12.0mm（從二極管的基銅板到PCB板上的焊盤），則整流橋一個引腳的熱阻為：在整流橋內(nèi)部，四個二極管是分成兩組且每組共用一個引腳銅板，因此整流橋通過引腳散熱的熱阻為這兩個引腳的并聯(lián)熱阻：一方面由于PCB板的熱容比較大，另一方面冷卻風(fēng)與PCB板的接觸面積較大，其換熱條件較好，假設(shè)其PCB板的實(shí)際有效散熱面積為整流橋表面積的

9、2倍，則PCB板與環(huán)境間的傳熱熱阻為：故，通過整流橋引腳這條傳熱途徑的熱阻為： 比較上述兩種傳熱途徑的熱阻可知：整流橋通過殼體表面自然對流冷卻進(jìn)行散熱的熱阻（ ）是通過引腳進(jìn)行散熱這種散熱途徑的熱阻（ ）的1.5倍。于是我們可以得出如下結(jié)論：在自然冷卻的情況下，整流橋的散熱主要是通過其引腳線（輸出引腳正負(fù)極）與PCB板的焊盤來進(jìn)行的。因此，在整 流橋的損耗不大，并用自然冷卻方式進(jìn)行散熱時，我們可以通過增加與整流橋焊接的PCB表面的銅覆蓋面積來改善其整流橋的散熱狀況。同時，我們可以根據(jù)上述 的兩條傳熱途徑得到整流橋內(nèi)二極管結(jié)溫到周圍環(huán)境間的總熱阻，即：其實(shí)這個熱阻也就是生產(chǎn)廠家在整流橋等元器件參

10、數(shù)表中的所提供的結(jié)環(huán)境的熱阻。并且在 自然冷卻的情況，也只有該熱阻具有實(shí)在的參考價值，其它的諸如Rjc也沒有實(shí)在的計算依據(jù)，這一點(diǎn)可以通過在強(qiáng)迫風(fēng)冷情況下的傳熱路徑的分析得出。強(qiáng)迫風(fēng)冷卻當(dāng)整流橋等功率元器件的損耗較高時（>4.0W），采用自然冷卻的方式已經(jīng)不能滿足其散熱的需求，此時就必須采用強(qiáng)迫風(fēng)冷的方式來確保元器件的正常工作。采用強(qiáng)迫風(fēng)冷時，可以分成兩種情況來考慮：a)整流橋不帶散熱器；b)整流橋自帶散熱器。1、整流橋不帶散熱器對于整流橋不帶散熱器而采用強(qiáng)迫風(fēng)冷這種情況，其分析的過程同自然冷卻一樣，只不過在計算整流橋外殼向環(huán)境間散熱的熱阻和PCB板與環(huán)境間的傳熱熱阻時，對其換熱系數(shù)的選

11、擇應(yīng)該按照強(qiáng)迫風(fēng)冷情形來進(jìn)行，其數(shù)值通常為2030W/m2C。也即是：于是可以得到整流橋殼體表面的傳熱熱阻和通過引腳的傳熱熱阻為：于是整流橋的結(jié)環(huán)境的總熱阻為： 由上述整流橋不帶散熱器的強(qiáng)迫對流冷卻分析中可以看出，通過整流橋殼體表面的散熱途徑與通過引腳進(jìn)行散熱的熱阻是相當(dāng)?shù)?，一方面我們可以通過增加其冷卻 風(fēng)速的大小來改變整流橋的換熱狀況，另一方面我們也可以采用增大PCB板上銅的覆蓋率來改善PCB板到環(huán)境間的換熱，以實(shí)現(xiàn)提高整流橋的散熱能力。 2、整流橋自帶散熱器當(dāng)整流橋自帶散熱器進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷來實(shí)現(xiàn)其散熱目的時，該種情況下的散熱途徑對比整流橋自然冷卻和帶散熱器的強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱這兩種散熱 途徑，可以

12、發(fā)現(xiàn)其根本的差異在于：散熱器的作用大大地改善了整流橋殼體與環(huán)境間的散熱熱阻。如果忽約散熱器與整流橋間的接觸熱阻，則結(jié)合整流橋不帶散熱器 的傳熱分析，我們可以得到整流橋帶散熱器進(jìn)行冷卻的各散熱途徑熱阻分別如下：1）、整流橋殼體表面散熱熱阻a)整流橋正面殼體的散熱熱阻：同不帶散熱器的強(qiáng)迫風(fēng)冷一樣：b)整流橋背面殼體的散熱熱阻：假設(shè)忽約整流橋與殼體的接觸熱阻，則：選擇散熱器與環(huán)境間熱阻的典型值為：則整流橋通過殼體表面散熱的總熱阻為：2）、流橋通過引腳散熱的熱阻：此時的熱阻同整流橋不帶散熱器進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷時的情形一樣，于是有：我們可以得到，在整流橋帶散熱器進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷時的散熱總熱阻為上述兩個傳熱途徑的并

13、聯(lián)熱阻：仔細(xì)分析上述的計算過程和各個傳熱途徑的熱阻數(shù)值，我們可以得出在整流橋帶散熱器進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷時的如下結(jié)論：在上述的三個傳熱途徑中（整流橋正面?zhèn)鳠?、整流橋背面通過散熱器的傳熱和整流橋通過引腳的傳熱），整流橋背面通過散熱器的傳熱熱阻最小，而通過殼體正面的傳熱熱阻最大，通過引腳的熱阻居中； 比較整流橋散熱的總熱阻和通過背面散熱器傳熱的熱阻數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)：通過殼體背面散熱器傳熱熱阻與整流橋的總熱阻十分相當(dāng)。其實(shí)該結(jié)論也說明了，在此種 情況下，整流橋的主要傳熱途徑是通過殼體背面的散熱器來進(jìn)行的，也就是整流橋上絕大部分的損耗是通過散熱器來排放的，而通過其它途徑（引腳和殼體正面）的 散熱量是很少的。由于此

14、時整流橋的散熱狀況與散熱器的熱阻密切相關(guān)，因此散熱器熱阻的大小將直接影響到整流橋上溫度的高低。由此可以看出， 在生產(chǎn)廠家所提供的整流橋參數(shù)表中關(guān)于整流橋帶散熱器的熱阻時，只可能是整流橋背面的結(jié)-殼(Rjc)或整流橋殼體上的總的結(jié)-殼熱阻（正面和背面熱 阻的并聯(lián)）；此時的結(jié)-環(huán)境的熱阻已經(jīng)沒有參考價值，因?yàn)樗请S著散熱器的熱阻而顯著地發(fā)生變化的。殼溫確定 整流橋在強(qiáng)迫風(fēng)冷冷卻時殼溫的確定由以上兩種情況三種不同散熱冷卻形式的分析與計算，我們可以得出：在整流橋自然冷卻時，我們可以直接采用生產(chǎn)廠家所提 供的結(jié)-環(huán)境熱阻（Rja），來計算整流橋的結(jié)溫，從而可以方便地檢驗(yàn)我們的設(shè)計是否達(dá)到功率元器件的溫度

15、降額標(biāo)準(zhǔn)；對整流橋采用不帶散熱器的強(qiáng)迫風(fēng)冷 情況，由于在實(shí)際使用中很少采用，在此不予太多的討論。如果在應(yīng)用中的確涉及該種情形，可以借鑒整流橋自然冷卻的計算方法；對整流橋采用散熱器進(jìn)行冷卻 時，我們只能參考廠家給我們提供的結(jié)-殼熱阻（Rjc），通過測量整流橋的殼溫從而推算出其結(jié)溫，達(dá)到檢驗(yàn)?zāi)康?。在此，我們著重討論該計算殼溫測量點(diǎn)的 選取及其相關(guān)的計算方法，并提出一種在實(shí)際應(yīng)用中可行、在計算中又可靠的測量方法。從前面對整流橋帶散熱器來實(shí)現(xiàn)其散熱過程的分析中可以看 出，整流橋主要的損耗是通過其背面的散熱器來散發(fā)的，因此在此討論整流橋殼溫如何確定時，就忽約其通過引腳的傳熱量?，F(xiàn)結(jié)合RS2501M整流橋

16、在 110VAC電源模塊上應(yīng)用的損耗（最大為22.0W）來分析。假設(shè)整流橋殼體外表面上的溫度為結(jié)溫（即150.0C），表面換熱系數(shù)為 50.0W/m2C（在一般情況下，強(qiáng)迫風(fēng)冷的對流換熱系數(shù)為2040W/m2C）。那么在環(huán)境溫度為55.0C時，通過整流橋正表面散發(fā)到環(huán)境中的熱 量為： 忽約整流橋引腳的傳熱量，則通過整流橋背面的傳熱量為：由于在整流橋殼體表面上的兩個傳熱途徑上（殼體正面、殼體背面）的熱阻分別為：根據(jù)熱阻的定義式有： 所以，由上式可以看出：整流橋的結(jié)溫與殼體正面的溫差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于結(jié)溫與殼體背面的溫差，也就是說，實(shí)際上整流橋的殼體正表面的溫度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其背面的溫度 的。如果我們在測量時，

17、把整流橋殼體正面溫度（通常情況下比較好測量）來作為我們計算的殼溫，那么我們就會過高地估計整流橋的結(jié)溫了！那么既然如此，我們 應(yīng)該怎樣來確定計算的殼溫呢？由于整流橋的背面是和散熱器相互連接的，并且熱量主要是通過散熱器散發(fā)，散熱器的基板溫度和整流橋的背面殼體溫度間只有接觸 熱阻。一般而言，接觸熱阻的數(shù)值很小，因此我們可以用散熱器的基板溫度的數(shù)值來代替整流橋的殼溫，這樣不僅在測量上易于實(shí)現(xiàn)，還不會給最終的計算帶來不可 容忍的誤差。仿真分析整流橋在強(qiáng)迫風(fēng)冷時的仿真分析前面本文從不同情形下的傳熱途徑著手，用理論的方法分析了整流橋在三種不同冷卻方式下的傳熱過程，在此本文通過仿真軟件詳細(xì)的整流橋模型來對帶有

18、散熱器、強(qiáng)迫風(fēng)冷下的整流橋散熱問題進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。 仿真計算模型如上圖是仿真計算的模型外型圖。在該模型中，通過解剖一整流橋后得到的相關(guān)尺寸參數(shù)來進(jìn)行仿真分析模型的建立。整流橋散熱器基板溫度分布， 上圖可以看出，整流橋散熱器的基板溫度分布相對而言還是比較均勻的，約70 左右。即使在四個二極管正下方的溫度與整流橋殼體背面與散熱器相接觸的外邊緣，也僅僅只有5 左右的溫差。這主要是由于散熱器基板是一有一定厚度且導(dǎo)熱性能較好的鋁板，它能夠有效地把整流橋背面的不均勻溫度進(jìn)行均勻化。整流橋殼體正 面表面的溫度分布。從上圖可以看出，整流橋殼體正面的溫度分布是極不均勻的，在熱源（二極管）的正上方其表面溫度達(dá)到109 ，然而在整流橋的中間位置，遠(yuǎn)離熱源處卻只有75 ，其表面的溫差可達(dá)到34左右。這主要是由于覆蓋在二極管表面的是導(dǎo)熱性能較差的FR