什么是單相橋式整流電路？單相橋式整流在MATLAB仿真波形圖，以及原理分析

　　什么是單相橋式整流電路：

　　電路中采用四個二極管，互相接成橋式結構。利用二極管的電流導向作用，在交流輸入電壓U2的正半周內，二極管D1、D3導通，D2、D4截止，在負載RL上得到上正下負的輸出電壓；在負半周內，正好相反，D1、D3截止，D2、D4導通，流過負載RL的電流方向與正半周一致。因此，利用變壓器的一個副邊繞組和四個二極管，使得在交流電源的正、負半周內，整流電路的負載上都有方向不變的脈動直流電壓和電流。橋式整流的名稱只是說明電路連接方法是橋式的接法，橋式整流二極管：大家常用的一般是由4只單個二極管封裝在一起的元件，取名橋式整流二極管，整流橋或全橋二極管。

　　單相橋式整流電路的工作原理：

　　單相橋式整流電路如圖1（a）所示，圖中Tr為電源變壓器，它的作用是將交流電網電壓vI變成整流電路要求的交流電壓 ，RL是要求直流供電的負載電阻，四只整流二極管D1～D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。

　　單相橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。

　　在v2的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經過二極管D1流向RL，再由二極管D3流回變壓器，所以D1、D3正向導通，D2、D4反偏截止。在負載上產生一個極性為上正下負的輸出電壓。其電流通路可用圖1（a）中實線箭頭表示。

　　在v2的負半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經過二極管D2流向RL，再由二極管D4流回變壓器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向導通。電流流過RL時產生的電壓極性仍是上正下負，與正半周時相同。其電流通路如圖1（a）中虛線箭頭所示。

　　綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向導電性，將四個二極管分為兩組，根據變壓器副邊電壓的極性分別導通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負載電阻的上端相連，負極性端與負載電阻的下端相連，使負載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓。

　　根據上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖2。由圖可見，通過負載RL的電流iL以及電壓vL的波形都是單方向的全波脈動波形。

　　橋式整流電路的優點是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正、負半周內都有電流供給負載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導體整流電路中得到了頗為廣泛的應用。電路的缺點是二極管用得較多，但目前市場上已有整流橋堆出售，如QL51A～G、QL62A～L等，其中QL62A～L的額定電流為2A，最大反向電壓為25～1000V。

　　單相整流電路在MATLAB中的仿真操作：

　　1 單相橋式全控整流電路的工作原理

　　單相橋式全控整流電路圖（帶電阻性負載）如圖1所示，電路由交流電源u1、整流變壓器T、晶閘管VT1～4、負載R以及觸發電路組成。其中晶閘管VT1和VT4、晶閘管VT2和VT3各組成一對橋臂，又由于晶閘管具有單向可控導電性能，所以在變壓器的二次電壓u2的正半周，晶閘管VT1和VT3被觸發，負半周時晶閘管VT2和VT3被觸發。在u2的正半周時（a點電位高于b點電位），如果4個晶閘管都不導通，負載電流id為0，負載電壓也為0，VT1、VT4串聯承受電壓u2，設VT1和VT4的漏電阻相等，則各承受u2的一半。若在觸發角α處給VT1和VT4。加觸發脈沖，VT1和VT4導通，電流從電源a端經VT1、R、VT4流回電源b端。當u2過0的時候，流過晶閘管的電流也降到0，VT1和VT4關斷。

　　在u2的正半周時，仍在觸發延遲角的α處觸發延遲VT2和VT3（VT2和VT3的α=0處為wt=π），VT2和VT3導通，電流從電源b端流出，經VT3、R、VT2流回電源a端。到u2過0時，電流又降為0，VT2和VT3關斷。此后又是VT1和VT4導通，如此循環工作下去。

　　2 單相橋式全控整流電路在MATLAB/Simulink的建模與仿真

　　2.1 單相橋式電路的仿真模型

　　單相橋式全控整流電路主要由交流電源、晶閘管、RLC負載等構成，其在MATLAB/Simulink仿真模型如圖2所示。由于在SIMULINK庫中沒有專用的單相橋式整流電路的觸發模塊，這里用三相橋的觸發器（Synchronized 6-pulse Generator）來產生晶閘管VT1、VT4和VT2、VT3的觸發脈沖，如圖4所示，用電壓測量取得變壓器二次電壓信號作為觸發器的同步信號，信號從觸發器AB端輸入，觸發器的BC、CA端和BLOCk端用常數模塊置“0”，Synchronized 6-pulse Generator產生6路觸發信號，通過Demux分解并與變壓器的二次電壓的相位比較，圖4上為變壓

　　器二次電壓波形，中間為第6路觸發脈沖，下為第4路觸發脈沖，此脈沖信號與正弦信號比較的時候，這二路信號可以滿足單相橋的觸發和移相控制要求，因此將第6路觸發脈沖連接VT1和VT4控制板，第4路觸發脈沖連接VT2和VT3控制板。

　　2.2 仿真參數設置

　?。?）電壓源參數。電壓源為AC，電壓為220V，頻率50Hz，輸入電壓峰值為220*sqrt（2）。

　?。?）變壓器參數。電壓為220V（有效值），二次電壓為100V（有效值）。

　?。?）晶閘管使用默認參數。

　?。?）負載RLC的參數。根據具體情況設置

　?。?）脈沖發生器Synchronized 6-pulse Generator的參數：同步頻率為50Hz，脈沖寬度取10°。

　?。?）電阻負載角度α參數：α=0°、30°、60°、120°。

　?。?）系統仿真參數：開始時間選0，可變步長，仿真數值選ode23，誤差選擇0.001。

　　2.3 仿真結果及其分析

　　圖3～5為電阻性負載時的電壓和電流輸出波形，圖6～8為阻感負載時的電壓和電流的輸出波形。圖3和圖4波形表明電壓和電流都是脈動的，電源的交流電經過整流器后成為了直流電，實現了整流的功能，波形呈現周期性正弦半波，整流后的電壓和電流形狀相似。圖3、圖4和圖5的電壓電流波形已隨控制角變化，隨著控制角的增加，輸出電壓的平均值減小，輸出電流也隨之下降。圖6～圖相比較圖3～5，整流輸出電流脈動明顯小，說明輸出電感具有濾波的作用。

　　3 結束語

　　本文在MATLAB軟件中對單相橋式全控整流電路進行了建模與仿真，分別在負載為0°、30°和60°時對電路進行了仿真，得出的結果與理論相一致，為技術人員學習和生活中的各種應用提供了很好的思路。