单相桥式整流电路基本原理
与整流器件的合理选择
古亮亮
（上海交通大学，上海）
摘要：本文介绍了单相全波整流中最常用的单相桥式整流电路的结构及工作原理。总结并计算了该整流电路的主要参数。通过与常用单相半波整流电路和变压器中心抽头全波整流电路的比较，总结了单相桥式整流电路的几个优点。给出了根据电路的主要参数合理选择电路元件的方法。
关键词：单相桥式整流电路；整流电压；整流电流；二极管选择；电力电子技术
1 引言
在电能的生产和传输上，目前是以交流电为主。电力网供给用户的是交流电，而在许多场合，例如电解、蓄电池的充电、直流电动机等，需要用直流电。要得到直流电，除了直流发电机外，最普遍应用的是利用各种半导体元件产生直流电[1][2]。这个方法中，整流是最基础的一步。整流，即利用具有单向导电特性的器件，把方向和大小交变的电流变换为直流电。整流的基础是整流电路。本文就是介绍单相整流电路中的一种基础的、优点较多的单相桥式整流电路，首先给出其电路构成及基本工作原理，然后计算其应用中的几个重要参数，最后通过简单的比较列出该电路的优缺点，并给出电路元件的选择方法。
2 单相桥式整流电路的结构及工作原理[1][2][3]
单相桥式整流电路如图1所示，图中T为电源变压器，它的作用是将交流电网电压变成整流电路要求的交流电压u，R L是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。图2是其电路简化画法。
单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。同时假设整流变压器二次侧的电压为：
=
u tω
sin
其波形如图3所示。原理分析:
如图1，在变压器二次侧电压u的正半周，其极性为上正下负，即a点电势高于b点，此时二极管D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向R L，再由二极管D3流回变压器。于是在负载电阻R L上得到一个极性为上正下负的半波电压u o。在导通时二极管的正向压降很小，可以忽略不计，因此，可认为u o 的这半个波和u的正半波是相同的，如图4中的0~π段所示。其电流通路可用图1中实线箭头表示。
在的u的负半周，其极性为上负下正，即a点电势低于b点，此时二极管D2、D4正向导通，D1、D3反偏截止，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向R L，再由二极管D4流回变压器。同理，在负载上得到一个半波电压，极性依旧是上正下负，与前面得到的相同，如图4中的0~2π段所示。其电流通路如图1中虚线箭头所示。
图1 单相桥式整流电路
图2 单相桥式整流电路简化画法[3]
图3 整流变压器二次侧电压u的波形
图4 整流电路相应的输出电压与电流的波形
综上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压（脉动电压即极性一定但大小变化的单向电压）。
根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图4。由图可见，通过负载R L的电流i O 以及电压u O的波形都是单方向的全波脉动波形。
3 单相桥式整流的主要参数及其计算[1]
根据以上分析，单相桥式整流得到单向脉冲电压，对于这种电压，常用一个周期的平均值（非有效值）来说明它的大小。单相桥式全波整流电压的平均值
O0
1
sin()0.9
U td t U
π
ωω
ππ
===
⎰（1）
式中U为变压器二次侧电压u的有效值。
式(1) 表明单相桥式全波整流电压与交流电压有效值之间的关系。由此得出整流电流（即负载电流）的平均值
O
0.9
O
L L
U U
I
R R
==（2）
在以2π为周期的每一个周期内，每两个二极管串联导电时间只有半个周期，因此，每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半，即
D O
1
0.45
2
L
U
I I
R
==（3）
该电路中还有一个不可忽视的参数，就是二极管反偏截止时所承受的最高反向电压。从图1可得，当二极管D1和D3导通时，如忽略二极管的正向压降（将其视为导线），处于截
止状态的D 2和D 4阴极电势就等于a 点的电势，阳极电势就等于b 点的电势。所以，处于截
止状态的二极管所承受的最大反向电压就是变压器二次侧电压的最大值 ，即
RM U = （4） 流过负载的脉动电压中含有直流分量和交流分量，可将脉动电压作傅立叶分析，分析结果为[4]
O 244(cos 2cos 4)315u t t ωωπππ
=--+ （5） 根据上式可得，此谐波分量中二次谐波幅度最大，是决定整流效果的主要因素。可依此定义脉动系数S ，S 为二次谐波幅值与平均值的比值[4]
20.6733
S ππ=/== （6） 在一定程度上，可以根据S 的大小来衡量某一整流电路的整流效果。
4 单相桥式全波整流的优点
与单相半波整流电路相比，单相桥式整流电路克服了半波整流只能利用电源的半个周期、同时整流电压的脉动比较大的缺点，同时还降低了流过每只二极管的平均电流，增大了平均输出电压。
与变压器中心抽头式的单相全波整流相比，单相桥式整流电路克服了其中心抽头变压器必须对称，每个线圈只有一半时间通过电流，变压器利用率不高的缺点。同时桥式整流还降低了二极管承受的最大反压。
综上所述，桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了颇为广泛的应用。电路的缺点是二极管用得较多，但目前市场上已有整流桥堆出售，如QL51A ～G 、QL62A ～L 等，其
中QL62A ～L 的额定电流为2A ，最大反向电压为25V ～1000V 。故单相桥式整流电路常画成图2所示的简化形式。[3]
5 整流器件的合理选择和运用
二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。[5]
具体到单相桥式全波整流电路，二极管选择时可根据式（3）和式（4） ，考虑二极管的最大整流电流和反向工作峰值，这两项要分别高于式中的D I 和RM U ,但不能超出太多，有10%～30%的余量即可。
另外，在高电压或大电流的情况下，如果手头没有承受高电压或整定大电流的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。
（1）二极管并联的情况：两只二极管并联，则每只分担电路总电流的一半；三只二极管并联，则每只分担电路总电流的三分之一。总之，有几只二极管并联，流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是，在实际并联运用时，由于各二极管特性不完全一致，不能均分所通过的电流，会使有的管子因负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上根据实际情况相应地串联一只阻值相同的小电阻器，使各并联二极管流过的电流接近一致。这种均流电阻R 一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流越大，R 应选得越小。[5]
（2）二极管串联的情况：显然在理想条件下，有几只管子串联，每只管子承受的反向电压就应等于总电压的几分之一。但因为每只二极管的反向电阻不尽相同，会造成电压分配不均：内阻大的二极管，有可能由于电压过高而被击穿，并由此引起连锁反应，逐个把二极管击穿。因此，在二极管电路中并联均压电阻就显得尤为重要。在二极管上并联电阻R ，可以使电压分配均匀。均压电阻要取阻值比二极管反向电阻值小的电阻器，各个电阻器的阻值要相等。[5]
当然，最好还是合理使用符合要求的元器件，因为一般情况下串并联组合的性能会低于标准元器件。
6 结论
本文分析了单相桥式全波整流电路的电路结构和工作原理，给出了分析二极管整流电路的一些基本思路和方法。通过计算总结了整流电路的几个基本参数，这种方式也可运用于其他整流电路的参数分析。同时还将单相桥式整流电路与基本的单相半波整流电路、变压器中心抽头式全波整流电路作了简单比较，虽然没有对后两者的电路进行详细分析，但已将其不足之处点明。笔者还给出了依据单相桥式整流电路的基本参数合理选择整流器件的基本方法。本文比较简单初步，是总结已有的基本知识，但对学习基本整流电路还是有意义的。
参考文献
[1] 秦曾煌.《电工学下册》.第六版.高等教育出版社.2004年7月.149-153.
[2] 朱承高贾学堂郑益慧等.《电工学概论》.第二版.高等教育出版社.2008年6月.326.
[3] 无名.《单相桥式整流电路的工作原理》.
https://www.doczj.com/doc/2519348700.html,:7310/NCourse/analog/Ch10/1010102/1010102XX_01.htm .2009年12月23日访问.
[4] 无名.《单相桥式整流电路》.https://www.doczj.com/doc/2519348700.html,/zskj/5006/jxsk/6-2/6-2-2.htm .2009年12
月23日访问.
[5] hwfutuolen.《整流电路类型及原理》.
https://www.doczj.com/doc/2519348700.html,/hwfutuolen/blog/item/78e940251c431e388744f9de.html .2009年12月25日访问.
单相桥式整流电路基本原理 与整流器件的合理选择 古亮亮 （上海交通大学，上海） 摘要：本文介绍了单相全波整流中最常用的单相桥式整流电路的结构及工作原理。总结并计算了该整流电路的主要参数。通过与常用单相半波整流电路和变压器中心抽头全波整流电路的比较，总结了单相桥式整流电路的几个优点。给出了根据电路的主要参数合理选择电路元件的方法。 关键词：单相桥式整流电路；整流电压；整流电流；二极管选择；电力电子技术 1 引言 在电能的生产和传输上，目前是以交流电为主。电力网供给用户的是交流电，而在许多场合，例如电解、蓄电池的充电、直流电动机等，需要用直流电。要得到直流电，除了直流发电机外，最普遍应用的是利用各种半导体元件产生直流电[1][2]。这个方法中，整流是最基础的一步。整流，即利用具有单向导电特性的器件，把方向和大小交变的电流变换为直流电。整流的基础是整流电路。本文就是介绍单相整流电路中的一种基础的、优点较多的单相桥式整流电路，首先给出其电路构成及基本工作原理，然后计算其应用中的几个重要参数，最后通过简单的比较列出该电路的优缺点，并给出电路元件的选择方法。 2 单相桥式整流电路的结构及工作原理[1][2][3] 单相桥式整流电路如图1所示，图中T为电源变压器，它的作用是将交流电网电压变成整流电路要求的交流电压u，R L是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1～D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。图2是其电路简化画法。
单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。同时假设整流变压器二次侧的电压为： = u tω sin 其波形如图3所示。原理分析: 如图1，在变压器二次侧电压u的正半周，其极性为上正下负，即a点电势高于b点，此时二极管D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向R L，再由二极管D3流回变压器。于是在负载电阻R L上得到一个极性为上正下负的半波电压u o。在导通时二极管的正向压降很小，可以忽略不计，因此，可认为u o 的这半个波和u的正半波是相同的，如图4中的0~π段所示。其电流通路可用图1中实线箭头表示。 在的u的负半周，其极性为上负下正，即a点电势低于b点，此时二极管D2、D4正向导通，D1、D3反偏截止，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向R L，再由二极管D4流回变压器。同理，在负载上得到一个半波电压，极性依旧是上正下负，与前面得到的相同，如图4中的0~2π段所示。其电流通路如图1中虚线箭头所示。 图1 单相桥式整流电路
摘要 随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。但是晶杂管相控整流电路中随着触发角α的增大，电流中谐波分量相应增大，因此功率因素很低。把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就构成了PWM整流电路。通过对PWM 整流电路的适当控制，可以使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因素近似为1。这种整流电路称为高功率因素整流器，它具有广泛的应用前景。 关键词：晶闸管，单相桥式电路，整流
第一章设计要求及方案的选择 1.1设计任务 1、进行设计方案的比较，并选定设计方案； 2、完成单元电路的设计和主要元器件说明； 3、完成主电路的原理分析,各主要元器件的选择； 4、驱动电路的设计,保护电路的设计； 1.2设计要求 1、负载为感性负载L=700mH,R=500欧姆. 2、电网供电电压为单相220V； 3、电网电压波动为+5%－-10%； 4、输出电压为0～100V.。 1.3 整体方案的选择 单相桥式整流电路可分为单相桥式相控整流电路和单相桥式半控整流电路，它们所连接的负载性质不同就会有不同的特点。下面分析两种单相桥式整流电路在带电感性负载的工作情况。 单相半控整流电路的优点是：线路简单、调整方便。弱点是：输出电压脉动冲大，负载电流脉冲大（电阻性负载时），且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。 单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在相同的负载下流过晶闸管的平均电流减小一半；且功率因数提高了一半。 单相半波相控整流电路因其性能较差，实际中很少采用，在中小功率场合采用更多的是单相全控桥式整流电路。 根据以上的比较分析因此选择的方案为单相全控桥式整流电路（负载为阻感性负载）。
1．前言 电力电子学,又称功率电子学(Power Electronics)。它主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各式各样的电路或装置，以完成对电能的变换和控制。它既是电子学在强电(高电压、大电流)或电工领域的一个分支，又是电工学在弱电(低电压、小电流)或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的新科学。电力电子学是横跨“电子”、“电力”和“控制”三个领域的一个新兴工程技术学科。 随着科学技术的日益发展,人们对电路的要求也越来越高,由于在生产实际中需要大小可调的直流电源,而相控整流电路结构简单、控制方便、性能稳定,利用它可以方便地得到大中、小各种容量的直流电能,是目前获得直流电能的主要方法,得到了广泛应用。但是晶杂管相控整流电路中随着触发角α的增大，电流中谐波分量相应增大，因此功率因素很低。把逆变电路中的SPWM控制技术用于整流电路，就构成了PWM整流电路。通过对PWM整流电路的适当控制，可以使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因素近似为1。这种整流电路称为高功率因素整流器，它具有广泛的应用前景 由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。故其学习方法与电子技术和控制技术有很多相似之处，因此要学好这门课就必须做好实验和课程设计，因而我们进行了此次课程设计。又因为整流电路应用非常广泛，而锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路又有利于夯实基础，故我们单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的课题。 2．单相桥式半控整流电路的设计 2．1主电路原理与设计 在单相桥式半控整流电路时由两个晶闸管VT1、VT3和两个二极管VD2、VD4组成，如图1所示，因为是阻感负载，因此在电路中又加设了续流二极管VDR，以免
《电力电子技术》课程设计报告 单相桥式整流电路 班级： 姓名：李 学号： 指导教师： 时间：2014.1.6 - 2014.1.10
题目：单相桥式整流电路 一、课程设计目的 1、加深理解和全面掌握电力电子技术课程内容 2、建立正确的设计思想，熟悉工程设计的一般顺序、规范和方法。提 高正确使用技术资料、标准、手册等工具书的独立工作能力。 3、为后续课程的学习和向工程技术人员的过渡打下基础。 二、设计的技术数据和要求 1、输入电源：单相220V； 2、直流电动机负载； 3、直流输出电压0～110V； 4、最大输出电流Id＝200A。 三、设计的内容及要求 （一）方案的论证及方案的选择 方案一：单向桥式半波整流电路 单向半波整流电路线路简单、调整方便，但输出脉动大，且整流变压器二次绕组中存在直流电流分量，造成变压器铁心直流磁化，变压器容量不能得到充分利用。单向半波相控整流电路只适用于小容量，波形要求不高的场合。 结构图及波形图如下： 方案二：单相桥式全控整流电路 单相桥式全控整流电路具有输出电流脉动小、功率因数高等优点，而且由
于变压器二次电流正负半周方向相反、波形对称，不存在直流磁化问题，变压器的利用率得以提高。 结构图及波形图如下： 方案三：单相半波可控整流电路 单相半波可控整流电路只需要一个可控器件，电路比较简单，VT的a 移相范围为180 。但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。为使变压器铁心不饱和，需增大铁心截面积，增大了设备的容量。实际上很少应用此种电路。 方案四：单相全波可控整流电路：
单相全波可控整流电路的变压器是带中心抽头的，结构比较复杂，只要用2个可控器件，单相全波只用2个晶闸管，比单相全控桥少2个，因此少了一个管压降，相应地，门极驱动电路也少2个，但是晶闸管承受的最大电压是单相全控桥的2倍。不存在直流磁化的问题，适用于输出低压的场合作电流脉冲大（电阻性负载时），，且整流变压器二次绕组中存在直流分量,使铁心磁化，变压器不能充分利用。而单相全控式整流电路具有输出电流脉动小，功率因数高，变压器二次电流为两个等大反向的半波，没有直流磁化问题，变压器利用率高的优点。相同的负载下流过晶闸管的平单相全控式整流电路其输出平均电压是半波整流电路2倍，在均电流减小一半；且功率因数提高了一半。 (二)方案比较结果分析： 综合各种整流电路的主要经济技术指标进行比较，可以看出，从变压器利用率、晶闸管在电路中的利用率方面看，单相桥式全控整流电路各项指标都较好。因此，整流电路选单相桥式全控整流电路。 由于所带负载为直流电动机，属感性负载，所以要在负载回路中串接平波电抗器，以避免电流断续，减少电流脉动。 （三）触发电路 晶闸管触发主要有移相触发、过零触发和脉冲列调制触发等。触发电路对其产生的触发脉冲要求： 1）触发信号可为直流、交流或脉冲电压。 2）触发信号应有足够的功率（触发电压和触发电流）。 3）触发脉冲应有一定的宽度，脉冲的前沿尽可能陡，以使元件在触发导通后， 阳极电流能迅速上升超过掣住电流而维持导通。 4）触发脉冲必须与晶闸管的阳极电压同步，脉冲移相范围必须满足电路要求。其结构图及输出波形图如下：
电力电子技术实验报告 实验名称：单相桥式全控整流电路_______班级：自动化_________________ 组别：第组___________________ 分工： 金华职业技术学院信息工程学院 年月日 目录
一．单项全控整流电路电阻负载工作分 析..................................................- 1 - 1.电路的结构与工作原 理...........................................................................- 1 - 2.建 模……………................................................................. ............................- 3 - 3.仿真结果与分 析................................................................................ .......- 5 - 4.小 结……………................................................................. ............................- 5 - 二．单项全控整流电路组感负载工作分 析..................................................- 6 - 1.电路的结构与工作原 理...........................................................................- 6 -
实验 单相桥式整流电路 一、实验目的 1、提高对整流、滤波等概念的认识。 2、观察单相桥式整流电路中输入、输出波形。 3、加深对单相桥式整流电路中输入与输出电压关系的理解。 4、观察电容滤波的作用，加深对电容滤波电路的理解。 5、熟悉电容负载对整流输出电压的影响。 二、实验仪器 三、实验电路及原理 图-1 单相桥式整流电路 图-2 单相桥式整流电容滤波电路 R L R L
1、根据图-1，根据二极管的单向导电特性，在正半周D1、D3导通，流过负载的电流为从上到下，即输出电压上正下负；在负半周，D 2、D4导通，流过负载的电流也为从上到下，也即输出电压上正下负，输入的两个半周都保证流过负载的电流方向相同，也即将交流电变换为脉动的直流电。由于四个二极管接成电桥形式，所以称桥式整流。 2、根据图-2，桥式整流电路输出的是脉动的直流电，在正负极间接上滤波电容C时，利用电容上能储存电荷的特性和电容充放电原理，使输出端的直流电压趋于平滑，以满足一般使用的要求。 四、实验内容与步骤 1、桥式整流电路的输入、输出波形，测量输入、输出电压。 1）根据图-1电路在通用电路板上连接线路，检查无误后才可通电。 （注意：为了安全，连接时单相电源插头应先插好通用电路板，后插入实验台插座。2）用示波器观察变压器次级电压U2和负载R L上电压U L的波形，并记录在表-1中。 RL＝2K） （注意：描绘波形时注意波形的位置） 2、用万用表相应档位测量变压器次级电压U2和整流输出电压U L，将数据记录在 表-2中 3、观察电容滤波和负载变化对整流输出电压的影响 1）按图-2所示电路在电路板上连接实验电路 2）用示波器观察负载分别为2KΩ和150Ω、滤波电容分别为47uF和470uF时整流
《电力电子技术》课程设计说明书单相桥式全控整流电路 系、部：_电气与信息工程学院 学生姓名：刘亚龙 指导教师：曹志平 专业：电气工程及其自动化 班级：电气本1004班 完成时间：2013年6月13日
摘要 由于电力电子技术是将电子技术和控制技术引入传统的电力技术领域，利用半导体电力开关器件组成各种电力变换电路实现电能和变换和控制，而构成的一门完整的学科。故其学习方法与电子技术和控制技术有很多相似之处，因此要学好这门课就必须做好实验和课程设计，因而我们进行了此次课程设计。又因为整流电路应用非常广泛，而锯齿波移相触发三相晶闸管全控整流电路又有利于夯实基础，故我们单结晶体管触发的单相晶闸管全控整流电路这一课题作为这一课程的课程设计的课题。 关键字：单结晶体管；单相晶闸管 目录 1 课程设计目的与要求 (1) 1.1课程设计目的 (1) 1.2课程设计的预备知识 (1) 1.3 课程设计要求 (1) 2 课程设计方案的选择 (2) 2.1整流电路 (2) 2.2元器件的选择 (2) 2.2.1晶闸管 (2) 2.2.2 可关断晶闸管 (3) 3 主电路的设计 (4) 3.1系统总设计框图 (4) 3.2系统主体电路原理及说明 (4) 3.3原理图的分析 (5) 4 辅助电路的设计 (7) 4.1驱动电路的设计 (7) 4.1.1触发电路 (7) 4.2保护电路的设计 (8) 4.2.1 主电路的过电压保护电路设计 (8) 4.2.2主电路的过电流保护电路设计 (9) 4.2.3电流上升率、电压上升率的抑制保护 (9)
5 元器件和电路参数计算 (11) 5.1. 晶闸管的基本特性 (11) 5.1.1．静态特性 (11) 图10 晶闸管门极伏安特性 (12) 5.1.2．动态特性 (12) 5.2晶闸管基本参数 (13) 5.2.1晶闸管的主要参数说明 (13) 5.2.2晶闸管的选型 (14) 5.2.3变压器的选取 (15) 5.3性能指标分析 (15) 5.4元器件清单 (15) 6 系统仿真 (16)
定义：桥式电路是,在一个有各种元器件(如:四个电阻或是四个二极管)组成的四边形电路中,其中对角的为一对输入端,而另外一对角为一输出端的电路就是一桥式电路.当为电阻时它可以提高精度,当为二极管时它用于整流.等等. 桥式整流后的波形和整流前比：就是把横轴下侧的向上翻转而已，如下图中绿色波形即为整流前的波形，兰色为整流后的波形……
1．工作原理 单相桥式整流电路是工程上最常用的单相整流电路，如图 6.2.3所示。 图6.2.3 单相桥式整流电路 整流电路在工作时，电路中的四只二极管都是作为开关运用，根据图6.2.3的电路图可知： 当正半周时，二极管D1、D3导通（D2、D4截止），在负载电阻上得到正弦波的正半周； 当负半周时，二极管D2、D4导通（D1、D3截止），在负载电阻上得到正弦波的负半周。 在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的电流与电压波形见图6.2.4。
2．参数计算 根据图6.2.4可知，输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。其输出平均电压为 （6.2.4） 图6.2.4 单相桥式 整流电路的 电流与电压波形 流过负载的平均电流为（6.2.5） 流过二极管的平均电流为（6.2.6） 二极管所承受的最大反向电压（6.2.7）
流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析，此时谐波分量中的二次谐波幅度最大。脉动系数S 定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。 单相桥式整流电路 1.工作原理 单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图10.1.2所示。 图10.1.2单相桥式整流电路 （a）整流电路(b)波形图 在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图10.1.2(a) 的电路图可知： 当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。 当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。 在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见 图10.1.2(b)。 2.参数计算
单相桥式整流电路脉动系数 单相桥式整流电路是一种常见的电力电子器件，用于将交流电转换为直流电。在实际应用中，我们常常关注整流电路的输出波形质量，其中一个重要指标就是脉动系数。本文将围绕单相桥式整流电路的脉动系数展开讨论，从理论分析到实际应用，帮助读者更好地理解和应用这一指标。 让我们回顾一下单相桥式整流电路的基本结构和工作原理。单相桥式整流电路由四个二极管组成，如图所示。交流电源通过变压器产生的交流电输入到整流电路中，经过整流后输出为直流电。整流电路的输出端连接了负载电阻，以提供所需的电流。 单相桥式整流电路的脉动系数是指输出直流电的脉动幅值与输出直流电平均值的比值。脉动系数越小，输出的直流电波形质量越好。脉动系数的计算公式如下所示： 脉动系数 = (Vmax - Vmin) / Vavg 其中，Vmax是输出直流电的最大值，Vmin是输出直流电的最小值，Vavg是输出直流电的平均值。通过计算脉动系数，我们可以评估整流电路输出直流电的波形质量。 接下来，我们将从两个方面来分析单相桥式整流电路的脉动系数。首先是理论分析。根据整流电路的工作原理和电路参数，我们可以通过数学推导和计算得到脉动系数的理论值。理论分析可以帮助我
们了解整流电路的性能特点和影响脉动系数的因素。 其次是实际应用。在实际应用中，我们需要根据具体的电路参数和工作条件来评估整流电路的脉动系数。一般来说，脉动系数受到电源电压、负载电流、负载电阻等因素的影响。通过合理选择电路参数和采取适当的措施，我们可以降低脉动系数，提高整流电路的输出波形质量。 为了降低单相桥式整流电路的脉动系数，我们可以采取以下措施。首先，选择合适的滤波电容。滤波电容可以在整流电路中起到平滑输出电压的作用，减小脉动幅值。其次，增加负载电阻。较大的负载电阻可以减小负载电流的波动，从而降低脉动幅值。此外，合理设计整流电路的工作参数，如变压器的变比和电源电压的选择等，也可以对脉动系数产生影响。 我们需要注意的是，脉动系数只是评估整流电路输出波形质量的一个指标，还需要综合考虑其他因素，如效率、稳定性等。在实际应用中，我们需要根据具体需求和限制条件来选择合适的整流电路和优化设计，以达到最佳的性能和效果。 单相桥式整流电路的脉动系数是评估输出波形质量的重要指标。通过理论分析和实际应用，我们可以更好地理解和应用这一指标。在实际设计和应用中，我们可以通过选择合适的电路参数和采取适当的措施来降低脉动系数，提高整流电路的输出波形质量。同时，还
电力电子单相桥式整流电路设计 电力电子单相桥式整流电路设计 随着科技的不断发展，电子技术越来越成为人们生产和生活中不可或缺的一部分。电力电子技术除了应用于传统的电力系统外，在日常生活中也有广泛应用。电力电子单相桥式整流电路是电力电子技术中的一种重要的电路结构，本文将对其进行详细介绍和分析。 一、单相桥式整流电路的基本原理 单相桥式整流电路是将交流电变成直流电的一种电路，它的基本原理是利用半导体元件的单向导电性，使正半周或负半周的交流电信号变成直流电信号输出。单相桥式整流电路主要由四个二极管、一个负载电阻和一个源接地的电源组成。交流电信号先经过变压器（对于形式更规范的电路来说，应当是先接上滤波器，再由滤波器输出交流），使管子两端交替产生正反电压。上半时主管可能处于导通状态，下半时处于截止状态，这样使得正半周的电压在管子的上半部分被导通通过，下半部分不导通;反之亦然。管子两端输出的是一个平均值偏高的脉 动电压。 二、单相桥式整流电路的特点 1. 整流效率高
单相桥式整流电路的四个管子都能充分利用，工作频率高，整流效率高。 2. 需要滤波器 由于单相桥式整流电路输出的是一个脉动电压，需要加入一个滤波器，对脉动电压进行平滑处理，使其变为直流。 3. 输出电压高 单相桥式整流电路的输出电压是输入电压的平均值，因此当输入电压高时，输出电压也会随之增加。 三、单相桥式整流电路的设计过程 1. 选择二极管 指定输入电压，根据输入电压，选择正向电流高于等于电流值的二极管。 2. 计算负载电阻值 指定输出电流值和输出电压值，根据公式R=U/I，计算负 载电阻值。 3. 计算输出电压 根据输入电压和二极管正向电压，计算输出电压。 4. 选择变压器 指定输入电压和输出电压，根据公式Vs/Vp=Np/Ns，选择 变压器变比。 5. 选择滤波器
变压器输出整流详解方法 一、引言 变压器是电力系统中重要的电气设备之一，它能够将交流电压变换为所需的电压等级，以满足不同电器设备的需要。然而，变压器输出的交流电通常不能直接供给直流负载使用，因此需要通过整流电路将其转换为直流电。本文将详细介绍变压器输出整流的方法。 二、变压器输出整流的基本原理 变压器输出整流的基本原理是利用半导体器件的单向导电性，将交流电转换为直流电。目前常用的整流电路主要有单相半波整流、单相全波整流、单相桥式整流和三相桥式整流等。这些电路的基本结构和工作原理将在下文进行详细阐述。 三、单相半波整流电路 单相半波整流电路是最简单的整流电路之一，它由一个二极管和一个负载电阻组成。当变压器输出的正弦交流电压正半周时，二极管导通，电流通过负载电阻；当电压负半周时，二极管截止，电流几乎为零。这样，负载上得到的就是脉动直流电压。 四、单相全波整流电路
单相全波整流电路采用了两个二极管，使得在一个周期内正负半周都有电流通过负载。具体地说，当输入电压为正半周时，上面的二极管导通，下面的二极管截止；当输入电压为负半周时，下面的二极管导通，上面的二极管截止。这样，负载上得到的就是脉动直流电压。 五、单相桥式整流电路 单相桥式整流电路是一种常用的高效整流电路，它由四个二极管组成桥式结构。当输入电压为正半周时，上面的两个二极管导通，下面的两个二极管截止；当输入电压为负半周时，下面的两个二极管导通，上面的两个二极管截止。这样，负载上得到的就是脉动直流电压。与单相全波整流电路相比，单相桥式整流电路的输出电压脉动小，纹波系数小，滤波效果更好。 六、三相桥式整流电路 三相桥式整流电路是一种适用于三相交流电源的整流电路。它由六个二极管组成桥式结构，可以充分利用三相电源的相位差来实现电流的连续导通。具体地说，在任一时刻都有两个相邻的二极管导通，另外两个二极管截止。这样，负载上得到的就是脉动较小的直流电压。三相桥式整流电路的输出电压脉动更小，纹波系数更小，滤波效果更好。 七、结论
整流电路教案 本节课的主题是单相整流电路。通过研究本课程，学生将了解直流稳压电源的组成和作用，以及单相整流电路的基本结构、工作原理、主要参数计算和整流器件的选用。教学目标是培养学生分析问题、讨论结果和团队协作精神的能力。教学重点包括直流稳压电源的四个部分组成和单相桥式整流电路的工作原理；教学难点则是单相桥式整流电路的工作原理、输出计算和整流二极管的选择。本节课采用讲授、提问和实验演示相结合的教学方法，共计2个学时。 教学进程如下： 一、组织教学： 1.师生致礼 2.考勤登记、清点人数 3.检查学生仪表 4.整顿课堂纪律 二、复提问： 1.回顾PN结的单向导电性
2.回顾二极管的结构特点和主要特性 三、新课引入： 电子设备在现代社会中扮演着重要角色，而电源电路是电子设备的基础。本节课将介绍直流稳压电源和单相整流电路，它们能提供稳定的直流电源，避免负载和电网电压变化的影响。 四、新课教学： 1.直流稳压电源的作用 将交流电变换为直流电，提供稳定的直流电源，供电给负载。 2.直流稳压电源的组成框图 包括变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。 3.各部分作用 电源变压器：将交流电变换为所需的交流电压值。 整流电路：将交流电转换为直流电。 滤波电路：平滑直流电压，减少波动。 稳压电路：稳定输出电压，避免负载和电网电压变化的影响。
教学反思： 大部分学生掌握了单相整流电路的基本结构、工作原理的分析、主要参数的计算及整流器件的选用。但是，少数学生对工作原理的分析及整流器件的选用还没有完全掌握。建议老师在课下进行辅导，同时学生也要加强练，以便加深理解。 流电，再通过滤波电路将脉动直流电转换成稳定的直流电。单相半波电路由变压器、整流二极管、负载和滤波电容组成。当变压器二次侧电压为正半周时，整流二极管导通，负载得到电流，电充电；当变压器二次侧电压为负半周时，整流二极管截止，负载不得电流，电放电。这样，负载上得到的电压为脉动直流电。 2.主要参数计算 单相半波电路的主要参数有输出电压平均值、输出电流平均值、通过二极管的平均电流和二极管承受的最大反向电压。它们的计算公式分别为UL=0.45U2、IL=0.9U2/πRL、IF=IL/2、URm=U2. 3.整流二极管的选择
第四节 单相整流电路 将交变电流变换成单向脉动电流的过程叫做整流。我们知道：二极管具有单向导电的特性：当二极管加正向电压时，二极管导通，其正向电阻很小；当加反向电压时，二极管截止，呈现很大的电阻（在不引起反向击穿的情况下）。这样，二极管就相当于一个开关。整流电路就是利用二极管的这种开关特性构成的。为简化分析，当整流电压远大于二极管导通电压时，我们可忽略二极管正向导通时的电阻r d ，即将二极管看成理想开关。 一、单相半波整流电路 单相半波整流电路由电源变压器T 、整流二极管VD 和负载电阻R L 组成。 VD ：整流二极管，把交流电变成脉动直流电； T ：电源变压器，把v 1变成整流电路所需的电压v 2。 1．工作原理 电源变压器T 的初级接交流电压v 1，则在变压器T 的次级就会产生感应电压v 2。当v 2为正半周时，整流二极管VD 上加的是正向电压，处于导通状态，其电流i D 流过负载R L ，于是在R L 上产生正半周电压v o ，如图(b)所示；当变压器T 的次级感应电压v 2为负半周时，整流二极管VD 上加的是反向电压，因而截止，负载R L 上无电流流过，如图 (c)所示；当输入电压进入下一个周期时，整流电路将重复上述过程。各波形之间的对应关系，如图(d)所示。由波形图可看出，它的大小是波动的，但方向不变。这种大小波动，方向不变的电流(或电压)称为脉动直流电。由v o 的波形可见，这种电路仅获得电源电压v 2的半个波，故称半波整流。不难看出，半波整流电路的缺点是电源利用率低，且输出脉动大。 2．负载与整流二极管的电压和电流 正确选用二极管，必须满足： 最大整流电流I VM ≥ I o ； 最高反向工作电压2RM 2V V 。 二、单相全波整流电路 1．电路图 变压器中心抽头式单相全波整流电路如图所示。V 1、V 2为性能相同的整流二极管；T
[ 复习提问] ： 1．晶体二极管的特性是什么？2．二极管单向导电的条件是什么？ [ 新课导入] 直接导入 [ 新授内容] ： 9.1.1 单相整流电路 一、什么叫整流：把交流电转换成脉动的直流电的过程。分类：交流电源的相数：单相、多相负载上所得整流波形：半波、全波整流 二、各整流电路介绍 （一）单相半波整流电路 1．简述电路的组成 电路由电源变压器T、整流二极管V、负载电阻R L组成 2．工作原理 当U2为正半周（a端为正、b端为负）时，二极管V正偏导通，电流自A端经二极管V、自上而下的流过负载R L到B端，因为二极管正向压降很小，可认为负载两端电压U L与U2几乎相等，即V L=V2。 当U2为负半周（a端为负、b端为正）时，二极管V形式截止，电流i=0,则负载RL上的电流为0,负载上的电压V L=O。 可见，在交流电工作的全周期内，负载上只有自上而下的单方向电 流，实现了整流。V2、VL、iL 等相应的波形，可看出它们的大小是波动的，但方向不变。 这种方向不变的电压和电流，称为脉动直流电（它的波形平滑，通常称为含有交流成分或纹波成分） 利用二极管的单向导电性，使电源电压的半个周期有电流通过负载，故称为半波整流电路。 3．相关简单计算公式： （1）U L=0.45U2
I L U L R L 0.45U2 丁I F I V U RM U RM 、2U I L 0.9U2 R L 表明：半波整流电路负载上得到的直流电压还不到变压器次级电压 有效值的一半 （2）整流二极管的选择: 根据I F和U RM计算值，查阅有关半导体手册选用合适的二极管型号使其额定额接近或大于计算值。 4.缺点： 仅利用了电源电压U2的半个波，故有电源利用率低且输出电压脉动大的缺点。（二）单相全波整流电路（变压器中心抽头式） 1.简述电路的组成。 2.工作原理： 在电源U2的整个周期内，两个二极管V1和V2轮流导通，分别把U2a 和U2b的 正半波引向负载，使RL上得到单一方向的全波脉动电压。 3.相关公式； (1)U L=0.9U2 (2)整流二极管的选择: 1 1 F 1V 1 V 2 _ 1 L 2 U RM U RM 2 2U 2 4.缺点： 输出电流高一倍，变压器的次级必须两组，选择二极管的性能要求高一倍，这是不可避免的缺点。 （三）单相桥式整流电路（简称桥式整流电路） 1.简述电路的组成
学号：0121011360219 课程设计 题目单相全控桥式晶闸管整流电路设计 学院自动化学院 专业自动化专业 班级自动化1002班 姓名李志强 指导教师许湘莲 2012 年12 月29 日
课程设计任务书 学生姓名：李志强专业班级：自动化1002班 指导教师：许湘莲工作单位：武汉理工大学 题目: 初始条件：单相全控桥式晶闸管整流电路的设计（阻感负载） 1、电源电压：交流220V、50Hz 2、输出功率：1KW 3、移相范围0°~90° 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写 等具体要求） 1、根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路、控制电路； 2、用MATLAB/Simulink对设计的电路进行仿真； 3、撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理、选 择元器件参数，说明控制电路的工作原理、绘出主电路典型波形，绘出触发信号（驱动信号）波形，并给出仿真波形，说明仿真过程中遇到的问题和解决问题的方法，附参考资料； 5、通过答辩。 时间安排：2012.12.24-12.29 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
摘要 本次课程设计只要是对单相全控桥式晶闸管整流电路的研究。首先对几种典型的整流电路的介绍，从而对比出桥式全控整流的优点，然后对单相全控桥式晶闸管整流电路的整体设计，包括主电路，触发电路，保护电路。主电路中包括电路参数的计算，器件的选型；触发电路中包括器件选择，参数设计；保护电路包括过电压保护，过电流保护，电压上升率抑制，电流上升率抑制。之后就对整体 电路进行Matlab仿真，最后对仿真结果进行分析与总结。 关键词：单相全控桥、晶闸管、整流