「开关电源」桥式整流器的类型，完全正向偏置

这个过程被称为过滤，电容器起到过滤器的作用。电容器改善了输出电压的脉动特性，现在只有纹波。这种波形形状现在更接近于纯直流电压波形。通过使用其他类型的滤波器，如L-C滤波器和饼滤波器，可以进一步改善波形。

　　桥式整流器的类型

　　刚才讨论的桥式整流器是单相型的，但是，它也可以扩展到三相整流器。这两种类型可进一步分为全控、半控或非受控桥式整流器。我们刚才讨论的电路是不受控制的，因为我们无法控制二极管的偏置，但是如果将所有四个二极管都替换为晶闸管，则可以通过其栅极信号控制其发射角度来控制其偏置。它产生一个完全受控的桥式整流器。在半控桥式整流器中，电路的一半包含二极管，另一半包含晶闸管。

　　电源转换是现代生活的重要组成部分，对于电子产品的实际用途来说，最重要的可能是交流到直流的转换。整流器是用于将交流电转换为直流电的基本电路，它们可能属于以下类别之一：

　　半波整流器

　　中心抽头全波整流器

　　桥式整流器

　　这些整流器的功能相同，即交流到直流转换，但每个整流器都使用不同的输入配置，并且具有不同的输出。中心抽头整流器和桥式整流器都是全波整流器(后者有时称为“全桥整流器”)，它们提供比半波整流器更高的功率转换效率。中心抽头整流器和桥式整流器的用途几乎相同，但前者中使用的中心抽头变压器价格昂贵，因此通常首选桥式整流器，除非由于特定原因需要变压器上的中心抽头。

　　在本指南中，我们将介绍用于单相和三相功率转换的全波 H 桥整流器的设计和仿真。两者都可用于工业环境，包括我公司为客户项目开发的小型控制模块。它们在其他电子设备中无处不在，使用它们构建仿真对于了解它们如何高效地向下游电路供电非常重要。

　　一个基本的全桥整流器电路如下所示。该电路通常使用四个串联成对排列的二极管(D1-D4)，在交流输入的每个半周期中，只有两个二极管正向偏置。该整流器中的四个二极管连接在一个闭环、桥状结构上，该组件因此而得名。这有时被称为不受控制的整流器，其原因将在本文后面部分介绍。

　　不受控制的单相桥式整流器

　　有时，您会看到上述整流器以 H 桥配置绘制出来，如下所示。此配置与上述配置完全相同。下面还显示了一个用于比较的三相整流器，它仅使用 6 个二极管而不是 4 个，其中 2 个串联二极管用于控制三相交流连接中每相的电流。从它们的波形中可以明显看出这两种整流器之间的差异;三相整流器提供的纹波要低得多，但频率是单相整流器的 1.5 倍。

　　单相与三相桥式整流器

　　由于传统的二极管是单向的，不受控制，电流只允许沿一个方向流动，无法控制正向电压。因此，我们通常称这些整流器为“不受控制”，我们需要正确选择这些电路中使用的二极管，以确保整流器在预期的工作环境中完全正向偏置。如果您连接到交流电源，您将有足够的余量来确保该电路中的二极管始终正向偏置，如果您先降低到低电平，然后应用整流，则更令人担忧。因此，通常情况下，首先使用变压器降压到中等电平(12 V或24 V标称交流电平)，然后信号通过整流器。在平滑到某个直流值后，应用最后的调节级以将输出电压设置为所需的值。

　　这种类型的全桥整流器使用一些受控的固态元件，如 MOSFET、IGBT、SCR 等，而不是传统的二极管。通常使用 SCR，因为其电压可以通过直接施加外部直流电压来轻松改变。因此，系统可以根据需要调整不同电压的功率输出。下图显示了一个单相控制的桥式整流器，它只涉及用 SCR 替换二极管。

　　可控单相整流器

　　就像普通的单相整流器一样，这种受控整流器可以拉出为H桥;由此产生的功能完全相同。我们还可以使用 6 个 SCR(每相 2 个)将电路扩展到三相输入。

　　正如我上面提到的，应该清楚的是，在两种类型的整流器中，流经负载的电流都沿一个方向流动，因此在任何给定的时刻，只有两个二极管是正向偏置的。在每个半周期中，正向偏置电桥部分的每个二极管上都有一个电压降。对于硅二极管，总压降必须为 2*0.7 = 1.4 V，因为两个二极管将正向偏置。如果您正在使用较低电平的变压器耦合交流电，那么您可能希望使用锗或肖特基二极管，因为它们在正向偏置时具有较低的压降。

　　通常，一旦设置了整流器，就可以通过在输出端添加一个平滑电容器来设置直流电压。与负载并联的平滑电容将决定叠加在输出直流波形上的纹波水平。在一个周期中，当输入电压开始下降时，输出两端的电容器将开始与电阻器并联放电，从而两者形成一个RC电路。电容器在半周期之间以特定的 RC 时间常数反复充电和放电。在电容器完全放电之前，充电周期开始，因此除非切断输入功率，否则电容器永远不会完全放电。

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