目录摘要 (2)1.设计任务和要求 (3)设计任务 (3)设计要求 (3)2.单相桥式半控整流电路的设计 (2)设计方案 (2)主电路的原理与设计 (4)驱动电路的原理与设计 (5)错误!未定义书签。
元器件的选取及相关参数计算 (8)错误!未定义书签。
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电力电子器件的保护 (11)错误!未定义书签。
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总电路原理图及工作原理 (12)建模与仿真 (12)心得体会 (13)参考文献 (13)摘要就是把交流电能转换成直流电能的电路。
大多数整流电路由变压器、驱动电路、整流主电路、保护电路等组成。
它在直流电机调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。
20世纪70年代以后，主电路多用硅整流电路和晶闸管组成。
而变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可以减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。
整流电路的种类很多，主要有半波整流电路、单相桥式半控整流电路、单相桥式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、三相桥式全控整流电路等。
本课程设计为单相桥式半控整流电路。
关键字：整流驱动过电压保护变压单相桥式半控整流电路1.设计任务和要求设计任务单相桥式半控整流电路的技术要求：设计一单相桥式半控整流电路，对RL负载供电，其中R=10Ω，L=20mH；要求直流输出电压在0～180伏连续可调。
设计要求1)方案设计2)完成主电路的原理分析，各主要元器件的选择3)触发电路的设计4)绘制系统电路图5)利用matlab仿真软件建模并仿真，获取电压电流波形，对结果进行分析6)撰写设计说明书2.单相桥式半控整流电路的设计设计方案在单相桥式全控整流电路中，每一个导电回路中都有两个晶闸管，即利用两个晶闸管同时导通以控制导电的回路。
实际上对每个导电回路进行控制，只需要一个晶闸管就够了，另一个可以用二极管代替。
从而简化整个电路，调节起来也比较方便，并且也节省了成本，这就是单相桥式半控整流电路。
本设计电路主要由触发电路、主电路、和过电压过电流保护电路组成主电路的原理与设计在单相桥式半控整流电路中，电网电压经变压器到整流电路，整流部分由两个晶闸管VT1、VT3和两个二极管VD2和VD4组成，如下图2-1所示。
由于负载为阻感负载，因此在电路中加了续流二极管VDR，以免发生失控现象。
实际运行中如果没有徐i，则当α突然增大至180°或者触发脉冲丢失时，会发生一个晶闸管持续导通而两个二极管轮流导通的情况，这使Ud成为正弦半波，即半周期Ud为正弦，另外半周期Ud为零，其平均值保持恒定，相当于单相半波不可控整流电路时的波形，称为失控。
图2-1 单相半控整流电路主电路在U2正半周，触发角α处给晶闸管VT1加触发脉冲，U2经VT1和VT4向负载供电。
U2过零变负时，因电感作用使电流连续，VDR导通，Ud为零。
此时为负的U2通过VDR向VT1施加反压使其关断。
而此时由刚才L中储存的能量正好保证了电流在VDR-R-L回路中流通，此过程也就是续流的过程。
也就是说此时如果忽略VDR的管压降，则在续流期间Ud为零，就不会像全控桥电路那样出现Ud 为负的现象了。
在U2负半周，当晶闸管在触发角α处给晶闸管VT3加触发脉冲，U2经过VT3和VD2向负载供电。
U2过零变正的时候，同样因电感作用使电流连续，VDR导通，Ud为零。
此时为负的U2通过VDR向VT3施加反压使其关断。
L中储存的能量保证电流在VDR-R-L回路中流通。
也就是说如果忽略VDR的管压降，则在续流期间Ud为零，Ud也就不会出现为负的现象了。
驱动电路的原理与设计单结晶体管（简称UJT）又称双基极二极管，它是一种只有一个PN结和两个电阻接触电极的半导体器件，它的基片为条状的高阻N型硅片，两端分别用欧姆接触引出两个基极b1和b2。
在硅片中间略偏b2一侧用合金法制作一个P区作为发射极e。
其结构、符号和等效电路如图2-2所示。
只有一个PN结作为发射极而有两个基极三端半导体器件，早期称为双基极二极管。
其典型结构是以一个均匀轻掺杂高电阻率的N型单晶半导体作为基区,两端做成欧姆接触的两个基极，在基区中心或者偏向其中一个极的位置上用浅扩散法重掺杂制成 PN结作为发射极(图中2-2a)。
当基极B1和B2之间加上电压时（图中2-2b），电流从B2流向B1,并在结处基区对B1的电势形成反偏状态。
如果将一个信号加在发射极上，且此信号超过原反偏电势时，器件呈导电状态。
一旦正偏状态出现，便有大量空穴注入基区，使发射极和B1之间的电阻减小，电流增大，电势降低，并保持导通状态，改变两个基极间的偏置或改变发射极信号才能使器件恢复原始状态。
因此，这种器件显示出典型的负阻特性（见图2-2c）,特别适用于开关系统中的弛张振荡器，可用于定时电路、控制电路和读出电路。
图2-2 单节晶体管结构、符号及等效电路从图2-2可以看出，两基极b1与b2之间的电阻称为基极电阻rbb=rb1+rb2若在两个基极b2、b1间加上正电压Vbb，则A点电压为：VA=[rb1/(rb1+rb2)]vbb=(rb1/rbb)vbb=ηVbb式中：η----称为分压比，其值一般在之间；rb1----第一基极与发射结之间的电阻，其数值随发射极电流ie而变化；rb2----第二基极与发射结之间的电阻，其数值与ie无关；发射结是PN结，与二极管等效。
当Ve＜η Vbb时，发射结处于反向偏置，管子截止，发射极只有很小的漏电流Iceo。
当Ve≥η Vbb+VD时 VD为二极管正向压降（约为伏），PN结正向导通，Ie显着增加，rb1阻值迅速减小，Ve相应下降，这种电压随电流增加反而下降的特性，称为负阻特性。
管子由截止区进入负阻区的临界P称为峰点，与其对就的发射极电压和电流，分别称为峰点电压Vp和峰点电流Ip和峰点电流Ip。
Ip是正向漏电流，它是使单结晶体管导通所需的最小电流，显然Vp=ηVbb随着发射极电流ie不断上升，Ve不断下降，降到V点后，Ve不在降了，这点V称为谷点，与其对应的发射极电压和电流，称为谷点电压，Vv 和谷点电流Iv。
过了V点后，发射极与第一基极间半导体内的载流子达到了饱和状态，所以uc继续增加时，ie便缓慢地上升，显然Vv是维持单结晶体管导通的最小发射极电压，如果Ve＜Vv，管子重新截止。
用单节晶体管构成的晶闸管触发电路如图2-3所示。
与单节晶体管构成的驰张振荡电路相比较，电路的振荡部分相同，同步是通过对电源电路的改进实现的。
取自主电路的正弦交流电通过同步变压器T1降压，变为较低的交流电压，然后经过二极管整流桥变成脉动直流。
稳压管VW和电阻RW 的作用是削波，脉动电压小于稳压管稳压值时，VW不导通，其两端的电压与整流输出的电压值相等；如果脉动电压大雨稳压管的稳压值将使VW击穿其两端电压保持稳压值，整流桥输出电压高于稳压值的部分降在电阻RW上。
这样VW两端的电压波形接近于一个梯形波，用这个电压取代驰张振荡电路中的直流电源，起到同步作用。
由于振荡电路的电源为梯形波，在主电路正弦波每一半波结束和开始的一段时间，振荡电路的电源电压很小，电路不振荡，同时电容电压释放到0。
当电源电压接近梯形波的顶部时，振荡电路开始工作，当电容充电使两端电压达到峰点电压时，单节晶体管导通电容放电，放电电流流过R1与被触发晶闸管的门极的并联电路形成输出，为晶闸管提供触发脉冲，使晶闸管导通。
然后电路进入下一振荡周期，但晶闸管一经导通门极就失去控制作用，一个电源电压半周中振荡电路输出的脉冲只是第一个起到触发作用后面的脉冲是无效的。
在主电路电压的半周接近结束时，振荡的路的电源电压进入梯形波的斜边并迅速下降，振荡电路停振，同时电容电压释放到零。
因此在主电路的每一个半波中，电容总是从零开始充电，保证了触发脉冲与主电路电压同步。
改变电位器RP的数值可以调节输出脉冲电压的频率。
但是（RP＋R）的阻值不能太小，否则在单结晶体管导通之后，电源经过RP和R供给的电流较大，单结晶体管的电流不能降到谷点电流之下，电容电压始终大于谷点电压，因此，单结晶体管就不能截止，造成单结晶体管的直通现象。
选用谷点电流大一些的管子，可以减少这种现象。
当然，（RP＋R）的阻值也不能太大，否则充电太慢，使晶闸管的最大导通角受到限制，减小移相范围。
一般（RP＋R）是几千欧到几十千欧。
单结晶体管触发电路输出的脉冲电压的宽度，主要决定于电容器放大电的时间常数。
R1或C太小，放电快，触发脉冲的宽度小，不能使晶闸管触发。
因为晶闸管从阻断状态到完全导通需要一定时间，一般在10uf以下，所以触发脉冲的宽度必须在10uf以上。
如选用C＝~1uF，R1=250~100Ω，就可得到数十微秒的脉冲宽度。
但是，若C值太大，由于充电时间常数（RP+R）C的最小值决定于最小控制角，则（RP+R）就必须很小，如上所述，这将引起单结晶体管的直通现象。
如果R1太大，当单结晶体管尚未导通时，其漏电流就可能在R1上产生较大的电压，这个电压加在晶闸管的控制极上而导致误触发。
一般规定，晶闸管的不触发电压为~，所以上述电压不应大于这个数值。
脉冲电压的幅度决定于直流电源电压和单结晶体管的分压比。
如电源电压为20V，晶体管的分压比为，则在单结晶体管导通时，电容器上的电压约为10V，除去管压降外，可以获得幅度为7~8V的输出脉冲电压。
根据上述数据，输出脉冲的宽度和幅度都能满足触发晶闸管的要求。
图中的电阻R2是作温度补偿用的。
因为在UP＝UBB＋UD的式中，分压比几乎不随温度而变，而UD将随温度上升而略有下降。
这样，UP就要随温度而变，这是不希望的。
当接入R2（及R1）后，UBB是由稳压电源的电压UZ经R2、RBB、R1分压而得，而RBB随温度上升而增大，因此在温度上升后，RBB增大，电流就减小，R1和R2的压降也就相应减小，UBB就增大一些，于是就补偿了UD因温度上升而下降之值，从而使峰点电压UP保持不变。
图2-3 单结晶体管触发电路稳压管的作用是将整流电压uo变换成梯形波（削去顶上一块，所谓削波），稳定在一个电压值UZ，使单结晶体管输出的脉冲幅度和每半周产生第一个脉冲（第一个脉冲使晶闸管触发导通后，后面的脉冲都是无用的）的时间不受交流电源电压波动的影响。
通过变压器将触发电路与主电路接在同一电源上，所以每当主电路的交流电源电压过零值时，单结晶体管上的电压UZ也过零值，两者同步。
在UZ过零值时，U UBB也为零。
如果这时电容器上还有残余电压，必单结晶体管基极间的电压TN然要向R1放电，很快放掉，以保证电容器在每一半波之初从零开始充电。
这样，才能使每半周产生第一个脉冲的时间保持不变，即α1=α2，从而使晶闸管的导通角和输出电压平均值保持不变。
