科創(chuàng)學(xué)院-電力電子技術(shù)培訓(xùn)課件

電力電子技術(shù)劉靜主要內(nèi)容：電力電子器件：電力電子器件的分類；電能變換的基本類型（AC/DC變換、DC/AC變換、AC/AC變換和DC/DC變換）；變流技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用；常用電力電子器件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；整流電路結(jié)構(gòu)和工作原理；試題講解。按照器件能夠被控制電路信號(hào)所控制的程度，分為以下三類：1）半可控器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-GateBipolarTransistor——IGBT）電力場效應(yīng)晶體管（PowerMOSFET）門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）、巨型晶體管GTR3）不控型器件電力二極管（PowerDiode）常見的有大功率二極管、快速恢復(fù)二極管及肖特基二極管。只有兩個(gè)端子，器件的通和斷是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。通過控制信號(hào)既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件。晶閘管（Thyristor）及其大部分派生器件器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定2）全控型器件通過控制信號(hào)可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷。不能用控制信號(hào)來控制其通斷,因此也就不需要驅(qū)動(dòng)電路。1.1電力電子器件的分類按電力電子器件的驅(qū)動(dòng)性質(zhì)可以將器件分為電壓型和電流型器件。1、電流型器件必須有足夠的驅(qū)動(dòng)電流才能使器件導(dǎo)通，因而一般情況下需要較大的驅(qū)動(dòng)功率，這類器件有SCR、GTR、GTO等。2、電壓型器件的導(dǎo)通只需要有足夠的電壓和很小的驅(qū)動(dòng)電流，因而電壓型器件只需很小的驅(qū)動(dòng)功率，這類器件有IGBT、MOSFET、MCT等?；痉诸惏凑掌骷?nèi)部電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的情況分為三類：1、雙極型電力電子器件：是指器件內(nèi)部電子和空穴兩種載流子都參與導(dǎo)電過程的半導(dǎo)體器件,這類器件具有通態(tài)壓降低、阻斷電壓高、電流容量大等優(yōu)點(diǎn),適用于中大容量的變流裝置和電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。這類器件有巨型晶體管(GTR)、可關(guān)斷晶閘管(GTO)、靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)等。2、單極型電力電子器件：是指器件內(nèi)只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電過程的半導(dǎo)體器件,這類器件具有驅(qū)動(dòng)功率小、工作速度高、無二次擊穿問題、安全工作區(qū)寬、電流負(fù)溫度系數(shù)良好的電流自動(dòng)調(diào)節(jié)能力、良好的熱穩(wěn)定性和較高的抗干擾能力等優(yōu)點(diǎn),適用于中小功率、開關(guān)頻率高的變流裝置和電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制,如高保真度的音頻放大,多種通訊設(shè)備和宇航空間技術(shù)等領(lǐng)域。這類器件包括有功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)和靜電感應(yīng)晶體管(SIT)等。3、混合型電力電子器件：是由雙極型和單極型兩種器件混合集成。利用耐高壓、電流容量大的雙極型器件(如SCR、GTR、GTO)作為輸出級(jí);利用輸入阻抗高、頻率響應(yīng)快的單極型器件(如MOSFET)作為輸入級(jí)。從而具備雙極和單極器件的優(yōu)點(diǎn)。這類器件有絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、MOS晶體管(MCT)、功率集成電路(PIC)等,其中功率集成電路PIC分為高壓集成電路(HVIC)和智能功率集成電路(SPIC)。1.2電能變換的四種類型交流-直流(AC-DC)變換：將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。直流-交流(DC-AC)變換：將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。當(dāng)輸出接電網(wǎng)時(shí)，稱之為有源逆變；當(dāng)輸出接無源負(fù)載時(shí)，稱之為無源逆變。交流-交流(AC-AC)變換：將交流電能的參數(shù)加以變換。其中：改變交流電壓有效值稱為交流調(diào)壓；將工頻交流電直接轉(zhuǎn)換成其他頻率的交流電，稱為交-交變頻。直流-直流(DC-DC)變換：將恒定直流變成斷續(xù)脈沖輸出，以改變其平均值。常見的電力變換種類

1.3電力電子變流技術(shù)的應(yīng)用1、電機(jī)傳動(dòng)與控制軋鋼機(jī)數(shù)控機(jī)床冶金工業(yè)2、電子裝置用電源程控交換機(jī)電子裝置微型計(jì)算機(jī)3、電力系統(tǒng)SVC高壓直流裝置HVDC柔性交流輸電FACTS4、交通運(yùn)輸5、家用電器6、其他大型計(jì)算機(jī)的UPS航天技術(shù)新型能源PowerDiode結(jié)構(gòu)和原理簡單，工作可靠，自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用?？旎謴?fù)二極管和肖特基二極管，分別在中、高頻整流和逆變，以及低壓高頻整流的場合，具有不可替代的地位。1.4.1不可控器件—電力二極管整流二極管及模塊基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣。由一個(gè)面積較大的PN結(jié)和兩端引線以及封裝組成的。從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝。圖1-2電力二極管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號(hào)1.2.1PN結(jié)與電力二極管的工作原理AKAKa)IKAPNJb)c)AK狀態(tài)參數(shù)正向?qū)ǚ聪蚪刂狗聪驌舸╇娏髡虼髱缀鯙榱惴聪虼箅妷壕S持1V反向大反向大阻態(tài)低阻態(tài)高阻態(tài)——二極管的基本原理就在于PN結(jié)的單向?qū)щ娦赃@一主要特征。

PN結(jié)的狀態(tài)1.4.2半控器件—晶閘管·引言1956年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶閘管。1957年美國通用電氣公司開發(fā)出第一只晶閘管產(chǎn)品。1958年商業(yè)化。開辟了電力電子技術(shù)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的嶄新時(shí)代。20世紀(jì)80年代以來，開始被全控型器件取代。能承受的電壓和電流容量最高，工作可靠，在大容量的場合具有重要地位。晶閘管（Thyristor）：晶體閘流管，可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR）圖1-6晶閘管的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a)外形b)結(jié)構(gòu)c)電氣圖形符號(hào)晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理外形有螺栓型和平板型兩種封裝。有三個(gè)聯(lián)接端。螺栓型封裝，通常螺栓是其陽極，能與散熱器緊密聯(lián)接且安裝方便。平板型晶閘管可由兩個(gè)散熱器將其夾在中間。晶閘管的結(jié)構(gòu)與工作原理常用晶閘管的結(jié)構(gòu)螺栓型晶閘管晶閘管模塊平板型晶閘管外形及結(jié)構(gòu)晶閘管的封裝形式：還有塑封和模塊式兩種封裝。〔解釋〕當(dāng)SCR的陽極和陰極電壓UAK<0，即EA下正上負(fù)，無論門極G加什么電壓，SCR始終處于關(guān)斷狀態(tài)；UAK>0時(shí)，只有EGk>0，SCR才能導(dǎo)通。說明SCR具有正向阻斷能力；SCR一旦導(dǎo)通，門極G將失去控制作用，即無論EG如何，均保持導(dǎo)通狀態(tài)。SCR導(dǎo)通后的管壓降為1V左右，主電路中的電流I由R和RW以及EA的大小決定；當(dāng)UAK<0時(shí)，無論SCR原來的狀態(tài)，都會(huì)使R熄滅，即此時(shí)SCR關(guān)斷。其實(shí)，在I逐漸降低（通過調(diào)整RW）至某一個(gè)小數(shù)值時(shí)，剛剛能夠維持SCR導(dǎo)通。如果繼續(xù)降低I，則SCR同樣會(huì)關(guān)斷。該小電流稱為SCR的維持電流。綜上所述：SCR導(dǎo)通條件：UAK>0同時(shí)UGK>0由導(dǎo)通→關(guān)斷的條件：使流過SCR的電流降低至維持電流以下。(一般通過減小EA,直至EA<0來實(shí)現(xiàn)。）〔簡單描述〕晶閘管SCR相當(dāng)于一個(gè)半可控的、可開不可關(guān)的單向開關(guān)。晶閘管的雙晶體管模型IG（IB2）IC2（IB1）IC1（IB2）導(dǎo)通的過程是一個(gè)正反饋過程。V1、V2飽和。晶閘管通斷規(guī)律：承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。（反向阻斷）承受正向電壓時(shí)，無門極正向觸發(fā)電壓時(shí)處于正向阻斷狀態(tài)。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用（不可控）。要使晶閘管關(guān)斷，只有使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值（維持電流IH）以下。承受正向電壓時(shí)，僅在門極有正向觸發(fā)電壓的情況下晶閘管才能開通。（正向?qū)ǎ┏惺芊聪螂妷簳r(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，晶閘管都不會(huì)導(dǎo)通。（反向阻斷）承受正向電壓時(shí)，無門極正向觸發(fā)電壓時(shí)處于正向阻斷狀態(tài)。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用（不可控）。要使晶閘管關(guān)斷，只有使晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值（維持電流IH）以下。承受正向電壓時(shí)，僅在門極有正向觸發(fā)電壓的情況下晶閘管才能開通。（正向?qū)ǎ┚чl管的派生器件有快速晶閘管和高頻晶閘管。開關(guān)時(shí)間以及du/dt和di/dt耐量都有明顯改善。普通晶閘管關(guān)斷時(shí)間數(shù)百微秒，快速晶閘管數(shù)十微秒，高頻晶閘管10s左右。高頻晶閘管的不足在于其電壓和電流定額都不易做高。由于工作頻率較高，不能忽略其開關(guān)損耗的發(fā)熱效應(yīng)。1）快速晶閘管（FastSwitchingThyristor——FST)2）雙向晶閘管（TriodeACSwitch——TRIAC或Bidirectionaltriodethyristor）圖1-10雙向晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性a)電氣圖形符號(hào)b)伏安特性a)b)IOUIG=0GT1T2可認(rèn)為是一對(duì)反并聯(lián)聯(lián)接的普通晶閘管的集成。有兩個(gè)主電極T1和T2，一個(gè)門極G。在第Ｉ和第III象限有對(duì)稱的伏安特性。不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。逆導(dǎo)晶閘管（ReverseConductingThyristor——RCT）a)KGAb)UOIIG=0圖1-11逆導(dǎo)晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性a)電氣圖形符號(hào)b)伏安特性將晶閘管反并聯(lián)一個(gè)二極管制作在同一管芯上的功率集成器件。具有正向壓降小、關(guān)斷時(shí)間短、高溫特性好、額定結(jié)溫高等優(yōu)點(diǎn)。光控晶閘管（LightTriggeredThyristor——LTT）AGKa)AK光強(qiáng)度強(qiáng)弱b)OUIA圖1-12光控晶閘管的電氣圖形符號(hào)和伏安特性a)電氣圖形符號(hào)b)伏安特性又稱光觸發(fā)晶閘管，是利用一定波長的光照信號(hào)觸發(fā)導(dǎo)通的晶閘管。光觸發(fā)保證了主電路與控制電路之間的絕緣，且可避免電磁干擾的影響。因此目前在高壓大功率的場合。晶閘管的型號(hào)、選擇原則

1、普通晶閘管的型號(hào)2、普通晶閘管的選擇原則

（1）選擇額定電流的原則在規(guī)定的室溫和冷卻條件下，只要所選管子的額定電流有效值大于等于管子在電路中實(shí)際可能通過的最大電流有效值即可。考慮元件的過載能力，實(shí)際選擇時(shí)應(yīng)有1.5~2倍的安全裕量。計(jì)算公式為：然后取相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)系列值。（2）選擇額定電壓的原則選擇普通晶閘管額定電壓的原則應(yīng)為管子在所工作的電路中可能承受的最大反向瞬時(shí)值電壓的2~3倍，即然后取相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)系列值。晶閘管的一種派生器件?？梢酝ㄟ^在門極施加負(fù)的脈沖電流使其關(guān)斷。GTO的電壓、電流容量較大，與普通晶閘管接近，因而在兆瓦級(jí)以上的大功率場合仍有較多的應(yīng)用。一、門極可關(guān)斷晶閘管（Gate-Turn-OffThyristor—GTO）1.4.3典型全控型器件結(jié)構(gòu)：與普通晶閘管的相同點(diǎn)：

PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部引出陽極、陰極和門極。和普通晶閘管的不同點(diǎn)：GTO是一種多元的功率集成器件。圖1-13GTO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)a)各單元的陰極、門極間隔排列的圖形b)并聯(lián)單元結(jié)構(gòu)斷面示意圖c)電氣圖形符號(hào)1）GTO的結(jié)構(gòu)和工作原理c)圖1-13AGKGGKN1P1N2N2P2b)a)AGK工作原理：與普通晶閘管一樣，可以用圖1-7所示的雙晶體管模型來分析。

圖1-7晶閘管的雙晶體管模型及其工作原理門極可關(guān)斷晶閘管GTO導(dǎo)通過程與普通晶閘管一樣，只是導(dǎo)通時(shí)飽和程度較淺。GTO關(guān)斷過程中有強(qiáng)烈正反饋使器件退出飽和而關(guān)斷。多元集成結(jié)構(gòu)還使GTO比普通晶閘管開通過程快，承受di/dt能力強(qiáng)。由上述分析我們可以得到以下結(jié)論：二、電力晶體管電力晶體管（GiantTransistor——GTR，直譯為巨型晶體管）。耐高電壓、大電流的雙極結(jié)型晶體管（BipolarJunctionTransistor——BJT），英文有時(shí)候也稱為PowerBJT。

應(yīng)用20世紀(jì)80年代以來，在中、小功率范圍內(nèi)取代晶閘管，但目前又大多被IGBT和電力MOSFET取代。術(shù)語用法：與普通的雙極結(jié)型晶體管基本原理是一樣的。主要特性是耐壓高、電流大、開關(guān)特性好。通常采用至少由兩個(gè)晶體管按達(dá)林頓接法組成的單元結(jié)構(gòu)。采用集成電路工藝將許多這種單元并聯(lián)而成。GTR的結(jié)構(gòu)圖1-15GTR的結(jié)構(gòu)、電氣圖形符號(hào)和內(nèi)部載流子的流動(dòng)

a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)電氣圖形符號(hào)c)內(nèi)部載流子的流動(dòng)三、電力場效應(yīng)晶體管電力MOSFET的結(jié)構(gòu)是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。采用多元集成結(jié)構(gòu)，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同設(shè)計(jì)。圖1-19電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)電力MOSFET的種類

按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道。

耗盡型——當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道。

增強(qiáng)型——對(duì)于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道。

電力MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型。

特點(diǎn)——用柵極電壓來控制漏極電流驅(qū)動(dòng)電路簡單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小。開關(guān)速度快，工作頻率高。熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。四、絕緣柵雙極晶體管兩類器件取長補(bǔ)短結(jié)合而成的復(fù)合器件—Bi-MOS器件絕緣柵雙極晶體管（Insulated-gateBipolarTransistor——IGBT或IGT）GTR和MOSFET復(fù)合，結(jié)合二者的優(yōu)點(diǎn)。1986年投入市場，是中小功率電力電子設(shè)備的主導(dǎo)器件。繼續(xù)提高電壓和電流容量，以期再取代GTO的地位。GTR和GTO的特點(diǎn)——雙極型，電流驅(qū)動(dòng)，有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力很強(qiáng)，開關(guān)速度較低，所需驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜。MOSFET的優(yōu)點(diǎn)——單極型，電壓驅(qū)動(dòng)，開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小而且驅(qū)動(dòng)電路簡單。1.4.4絕緣柵雙極晶體管IGBT的結(jié)構(gòu)三端器件：柵極G、集電極C和發(fā)射極E圖1-22IGBT的結(jié)構(gòu)、簡化等效電路和電氣圖形符號(hào)a)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖b)簡化等效電路c)電氣圖形符號(hào)IGBT單管及模塊第2章整流電路整流電路的分類：按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種。按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路。按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。按變壓器二次側(cè)電流的方向是單向或雙向，又分為單拍電路和雙拍電路。整流電路：出現(xiàn)最早的電力電子電路，將交流電變?yōu)橹绷麟姟?.1單相可控整流電路

2.1.1單相半波可控整流電路

2.1.2單相橋式全控整流電路

2.1.3單相全波可控整流電路

2.1.4單相橋式半控整流電路圖2-1單相半波可控整流電路及波形1）帶電阻負(fù)載的工作情況變壓器T起變換電壓和電氣隔離的作用。電阻負(fù)載的特點(diǎn)：電壓與電流成正比，兩者波形相同。wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00單相半波可控整流電路(SinglePhaseHalfWaveControlledRectifier)

VT的a移相范圍為180通過控制觸發(fā)脈沖的相位來控制直流輸出電壓大小的方式稱為相位控制方式，簡稱相控方式。

首先，引入兩個(gè)重要的基本概念：觸發(fā)延遲角：從晶閘管開始承受正向陽極電壓起到施加觸發(fā)脈沖止的電角度,用a表示,也稱觸發(fā)角或控制角。導(dǎo)通角：晶閘管在一個(gè)電源周期中處于通態(tài)的電角度，用θ表示?；緮?shù)量關(guān)系直流輸出電壓平均值為(2-1)2)帶阻感負(fù)載的工作情況圖2-2帶阻感負(fù)載的單相半波電路及其波形阻感負(fù)載的特點(diǎn)：電感對(duì)電流變化有抗拒作用，使得流過電感的電流不發(fā)生突變。討論負(fù)載阻抗角j、觸發(fā)角a、晶閘管導(dǎo)通角θ的關(guān)系。wttwwtwtwu20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)++續(xù)流二極管u2udiduVTiVTIdIdwt1wtwtwtwtwtwtOOOOOOp-ap+ab)c)d)e)f)g)iVDRa)圖2-4單相半波帶阻感負(fù)載有續(xù)流二極管的電路及波形當(dāng)u2過零變負(fù)時(shí)，VDR導(dǎo)通，ud為零，VT承受反壓關(guān)斷。L儲(chǔ)存的能量保證了電流id在L-R-VDR回路中流通，此過程通常稱為續(xù)流。

數(shù)量關(guān)系(id近似恒為Id）（2-5）（2-6）（2-7）（2-8）VT的a移相范圍為180。簡單，但輸出脈動(dòng)大，變壓器二次側(cè)電流中含直流分量，造成變壓器鐵芯直流磁化。實(shí)際上很少應(yīng)用此種電路。分析該電路的主要目的建立起整流電路的基本概念。單相半波可控整流電路的特點(diǎn)1)帶電阻負(fù)載的工作情況a)u(i)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4圖2-5單相全控橋式帶電阻負(fù)載時(shí)的電路及波形工作原理及波形分析VT1和VT4組成一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂，在u2正半周承受電壓-u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通，當(dāng)u2過零時(shí)關(guān)斷。電路結(jié)構(gòu)單相橋式全控整流電路(SinglePhaseBridgeContrelledRectifier)數(shù)量關(guān)系（2-9）a角的移相范圍為180。向負(fù)載輸出的平均電流值為：流過晶閘管的電流平均值只有輸出直流平均值的一半，即：（2-10）(2-11)pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,4流過晶閘管的電流有效值：變壓器二次測電流有效值I2與輸出直流電流I有效值相等：由式（2-12）和式（2-13）得：不考慮變壓器的損耗時(shí)，要求變壓器的容量S=U2I2。（2-12）（2-13）（2-14）pwtwtwt000i2udidb)c)d)ddaauVT1,42）帶阻感負(fù)載的工作情況

u2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,4圖2-6單相全控橋帶阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形假設(shè)電路已工作于穩(wěn)態(tài)，id的平均值不變。假設(shè)負(fù)載電感很大，負(fù)載電流id連續(xù)且波形近似為一水平線。u2過零變負(fù)時(shí)，晶閘管VT1和VT4并不關(guān)斷。至ωt=π+a時(shí)刻，晶閘管VT1和VT4關(guān)斷，VT2和VT3兩管導(dǎo)通。VT2和VT3導(dǎo)通后，VT1和VT4承受反壓關(guān)斷，流過VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT2和VT3上，此過程稱換相，亦稱換流。

數(shù)量關(guān)系（2-15）晶閘管移相范圍為90。晶閘管導(dǎo)通角θ與a無關(guān)，均為180。電流的平均值和有效值：變壓器二次側(cè)電流i2的波形為正負(fù)各180的矩形波，其相位由a角決定，有效值I2=Id。晶閘管承受的最大正反向電壓均為。2OwtOwtOwtudidi2b)OwtOwtuVT1,4OwtOwtIdIdIdIdIdiVT2,3iVT1,42.1.3單相全波可控整流電路單相全波可控整流電路（SinglePhaseFullWaveControlledRectifier)，又稱單相雙半波可控整流電路。單相全波與單相全控橋從直流輸出端或從交流輸入端看均是基本一致的。變壓器不存在直流磁化的問題。圖2-9單相全波可控整流電路及波形a)wtwab)udi1OOt單相全波與單相全控橋的區(qū)別：單相全波中變壓器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，材料的消耗多。單相全波只用2個(gè)晶閘管，比單相全控橋少2個(gè)，相應(yīng)地，門極驅(qū)動(dòng)電路也少2個(gè)；但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。單相全波導(dǎo)電回路只含1個(gè)晶閘管，比單相橋少1個(gè)，因而管壓降也少1個(gè)。從上述后兩點(diǎn)考慮，單相全波電路有利于在低輸出電壓的場合應(yīng)用。2.1.4單相橋式半控整流電路電路結(jié)構(gòu)

單相全控橋中，每個(gè)導(dǎo)電回路中有2個(gè)晶閘管，1個(gè)晶閘管可以用二極管代替，從而簡化整個(gè)電路。如此即成為單相橋式半控整流電路（先不考慮VDR）。udOb)2OudidIdOOOOOi2IdIdIdIIdawtwtwtwtwtwtwtap-ap-aiVT1iVD4iVT2iVD3iVDR

圖2-10單相橋式半控整流電路，有續(xù)流二極管，阻感負(fù)載時(shí)的電路及波形電阻負(fù)載半控電路與全控電路在電阻負(fù)載時(shí)的工作情況相同。NextBack2.2半導(dǎo)體二極管及整流電路電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uL整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路:將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。HomeNextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路（一）單相半波整流電路u2>0時(shí)，二極管導(dǎo)通。二極管導(dǎo)通iLu1u2aTbDRLuL忽略二極管正向壓降：uL=u2HomeNextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路u2<0時(shí)，二極管截止,輸出電流為0。二極管截止u0=0u1u2aTbDRLuLiLHomeNextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路uL輸出電壓平均值（UL）：輸出電壓電流波形：u1u2aTbDRLuLiL輸出電流平均值（IL）：iLiLuLHomeNextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路二極管上承受的最高電壓：二極管上的平均電流：ID=ILu1u2aTbDRLuLiLuL輸出電壓電流波形：iLiLuLHomeNextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路Home橋式整流電路+-u2正半周時(shí)電流通路u1u2TD4D2D1D3RLuL（二）單相橋式整流電路NextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路Home橋式整流電路-+uLu1u2TD4D2D1D3RLu2負(fù)半周時(shí)電流通路（二）單相橋式整流電路1、工作原理NextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路Homeu2>0時(shí)D1,D3導(dǎo)通D2,D4截止電流通路:由+經(jīng)D1RLD3-u2<0時(shí)D2,D4導(dǎo)通D1,D3截止電流通路:由-經(jīng)D2RLD4+輸出是脈動(dòng)的直流電壓！u2橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形uD4,uD2

uD3,uD1uLu2D4D2D1D3RLuL+-NextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路Home2、輸出電壓與輸出電流的估算負(fù)載電壓U0的平均值為:負(fù)載上的(平均)電流:uoiouoioNextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路Home平均電流()與最高反向電壓(URM)是選擇整流二極管的主要依據(jù)。在單相橋式整流電路中，每個(gè)二極管只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。因此，流過每只整流二極管的平均電流是負(fù)載平均電流的一半。

二極管截止時(shí)兩端承受的最大反向電壓：3、二極管的選擇NextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路Home（二）濾波電路濾波原理:交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成分又有交流成份。濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。NextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路Home1、電容濾波電路u1u2u1abD4D2D1D3RLuLCNextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路Homeu2tuLt由圖可看出，經(jīng)濾波后輸出電壓不僅變得平滑，而且平均值也得到提高。電容濾波電路及其波形分析NextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路Home使用電容濾波電路時(shí)，應(yīng)注意以下問題：（1）負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響當(dāng)電容一定時(shí)，若負(fù)載電阻減小，則時(shí)間常數(shù)RLC減小，放電速度加快，因此，輸出電壓平均值將下降，且脈動(dòng)變大。（2）電容C的選擇及輸出電壓平均值有電容濾波的整流電路的輸出電壓大于無電容濾波整流電路的輸出電壓。為了獲得較好的濾波效果，在實(shí)際工作中經(jīng)常按下式選擇濾波電容。濾波電容必須選用電解電容器，耐壓值應(yīng)大于RLCNextBack第二節(jié)半導(dǎo)體二極管及整流電路Home電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場合。結(jié)論全波及橋式整流情況下，輸出電壓平均值為：NextBack第三節(jié)穩(wěn)壓二極管及其穩(wěn)壓電路Home一、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管是特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管，其反向擊穿是可逆的，且反向電壓較穩(wěn)定。雖然整流濾波電路能夠?qū)⒄医涣麟妷鹤儞Q成為較為平滑的直流電壓，但是其數(shù)值將隨電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，隨負(fù)載電阻的變化而變化，即穩(wěn)定性很差。為了使負(fù)載上獲得穩(wěn)定的直流電壓，必須采取穩(wěn)壓措施。二極管穩(wěn)壓電路就是一種常用的穩(wěn)壓措施。NextBack第三節(jié)穩(wěn)壓二極管及其穩(wěn)壓電路HomeUIUZIZIZmaxUZIZ-+1、穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線NextBack第三節(jié)穩(wěn)壓二極管及