什么是单相桥式整流电路？单相桥式整流在MATLAB仿真波形图，以及原理分析

　　什么是单相桥式整流电路：

　　电路中采用四个二极管，互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向作用，在交流输入电压U2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，在负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，D1、D3截止，D2、D4导通，流过负载RL的电流方向与正半周一致。因此，利用变压器的一个副边绕组和四个二极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。桥式整流的名称只是说明电路连接方法是桥式的接法，桥式整流二极管：大家常用的一般是由4只单个二极管封装在一起的元件，取名桥式整流二极管，整流桥或全桥二极管。

　　单相桥式整流电路的工作原理：

　　单相桥式整流电路如图1（a）所示，图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压vI变成整流电路要求的交流电压 ，RL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。

　　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。

　　在v2的正半周，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RL，再由二极管D3流回变压器，所以D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止。在负载上产生一个极性为上正下负的输出电压。其电流通路可用图1（a）中实线箭头表示。

　　在v2的负半周，其极性与图示相反，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RL，再由二极管D4流回变压器，所以D1、D3反偏截止，D2、D4正向导通。电流流过RL时产生的电压极性仍是上正下负，与正半周时相同。其电流通路如图1（a）中虚线箭头所示。

　　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。

　　根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图2。由图可见，通过负载RL的电流iL以及电压vL的波形都是单方向的全波脉动波形。

　　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25～1000V。

　　单相整流电路在MATLAB中的仿真操作：

　　1 单相桥式全控整流电路的工作原理

　　单相桥式全控整流电路图（带电阻性负载）如图1所示，电路由交流电源u1、整流变压器T、晶闸管VT1～4、负载R以及触发电路组成。其中晶闸管VT1和VT4、晶闸管VT2和VT3各组成一对桥臂，又由于晶闸管具有单向可控导电性能，所以在变压器的二次电压u2的正半周，晶闸管VT1和VT3被触发，负半周时晶闸管VT2和VT3被触发。在u2的正半周时（a点电位高于b点电位），如果4个晶闸管都不导通，负载电流id为0，负载电压也为0，VT1、VT4串联承受电压u2，设VT1和VT4的漏电阻相等，则各承受u2的一半。若在触发角α处给VT1和VT4。加触发脉冲，VT1和VT4导通，电流从电源a端经VT1、R、VT4流回电源b端。当u2过0的时候，流过晶闸管的电流也降到0，VT1和VT4关断。

　　在u2的正半周时，仍在触发延迟角的α处触发延迟VT2和VT3（VT2和VT3的α=0处为wt=π），VT2和VT3导通，电流从电源b端流出，经VT3、R、VT2流回电源a端。到u2过0时，电流又降为0，VT2和VT3关断。此后又是VT1和VT4导通，如此循环工作下去。

　　2 单相桥式全控整流电路在MATLAB/Simulink的建模与仿真

　　2.1 单相桥式电路的仿真模型

　　单相桥式全控整流电路主要由交流电源、晶闸管、RLC负载等构成，其在MATLAB/Simulink仿真模型如图2所示。由于在SIMULINK库中没有专用的单相桥式整流电路的触发模块，这里用三相桥的触发器（Synchronized 6-pulse Generator）来产生晶闸管VT1、VT4和VT2、VT3的触发脉冲，如图4所示，用电压测量取得变压器二次电压信号作为触发器的同步信号，信号从触发器AB端输入，触发器的BC、CA端和BLOCk端用常数模块置“0”，Synchronized 6-pulse Generator产生6路触发信号，通过Demux分解并与变压器的二次电压的相位比较，图4上为变压

　　器二次电压波形，中间为第6路触发脉冲，下为第4路触发脉冲，此脉冲信号与正弦信号比较的时候，这二路信号可以满足单相桥的触发和移相控制要求，因此将第6路触发脉冲连接VT1和VT4控制板，第4路触发脉冲连接VT2和VT3控制板。

　　2.2 仿真参数设置

　　（1）电压源参数。电压源为AC，电压为220V，频率50Hz，输入电压峰值为220*sqrt（2）。

　　（2）变压器参数。电压为220V（有效值），二次电压为100V（有效值）。

　　（3）晶闸管使用默认参数。

　　（4）负载RLC的参数。根据具体情况设置

　　（5）脉冲发生器Synchronized 6-pulse Generator的参数：同步频率为50Hz，脉冲宽度取10°。

　　（6）电阻负载角度α参数：α=0°、30°、60°、120°。

　　（7）系统仿真参数：开始时间选0，可变步长，仿真数值选ode23，误差选择0.001。

　　2.3 仿真结果及其分析

　　图3～5为电阻性负载时的电压和电流输出波形，图6～8为阻感负载时的电压和电流的输出波形。图3和图4波形表明电压和电流都是脉动的，电源的交流电经过整流器后成为了直流电，实现了整流的功能，波形呈现周期性正弦半波，整流后的电压和电流形状相似。图3、图4和图5的电压电流波形已随控制角变化，随着控制角的增加，输出电压的平均值减小，输出电流也随之下降。图6～图相比较图3～5，整流输出电流脉动明显小，说明输出电感具有滤波的作用。

　　3 结束语

　　本文在MATLAB软件中对单相桥式全控整流电路进行了建模与仿真，分别在负载为0°、30°和60°时对电路进行了仿真，得出的结果与理论相一致，为技术人员学习和生活中的各种应用提供了很好的思路。