單相橋式半控整流電路設(shè)計(jì)

中北大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書第②額定電流又稱為額定通態(tài)平均電流。其定義是在室溫QUOTE和規(guī)定的冷卻條件下，元件在電阻性負(fù)載流過正弦半波、導(dǎo)通角不小于QUOTE的電路中，結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)，所允許的最大通態(tài)平均電流值。將此電流按晶閘管標(biāo)準(zhǔn)電流取相近的電流等級即為晶閘管的額定電流。要注意的是若晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間遠(yuǎn)小于正弦波的半個(gè)周期，即使正向電流值沒超過額定值，但峰值電流將非常大，可能會(huì)超過管子所能提供的極限，使管子由于過熱而損壞。使用時(shí)應(yīng)按實(shí)際電流與通態(tài)平均電流有效值相等的原則來選取晶閘管，而且應(yīng)留一定的裕量，一般取1.5~2倍。正弦半波電流平均值、電流有效值和電流最大值三者的關(guān)系為：因?yàn)槭请娮柝?fù)載，則有：==67.5VΩ,=100V，QUOTE=60°時(shí)，晶閘管承受最大電壓為：考慮到2～3倍安全裕量，則晶閘管的額定電壓為晶閘管承受的最大電流QUOTE為：,3.觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)對于使用晶閘管的電路，在晶閘管陽極加正向電壓后，還必須在門極與陰極之間加觸發(fā)電壓，使晶閘管在需要導(dǎo)通的時(shí)刻可靠導(dǎo)通。驅(qū)動(dòng)電路亦稱觸發(fā)電路。根據(jù)控制要求決定晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，對變流裝置的輸出功率進(jìn)行控制。觸發(fā)電路是變流裝置中的一個(gè)重要組成部分，變流裝置是否能正常工作，與觸發(fā)電路有直接關(guān)系，因此，正確合理地選擇設(shè)計(jì)觸發(fā)電路及其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是保證晶閘管變流裝置安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提。3.1對觸發(fā)電路的要求晶閘管觸發(fā)主要有移相觸發(fā)、過零觸發(fā)和脈沖列調(diào)制觸發(fā)等。觸發(fā)電路對其產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖要求:

1）觸發(fā)信號(hào)可為直流、交流或脈沖電壓。

2）觸發(fā)信號(hào)應(yīng)有足夠的功率（觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流）。

3）觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的寬度，脈沖的前沿盡可能陡，以使元件在觸發(fā)導(dǎo)通后，陽極電流能迅速上升超過掣住電流而維持導(dǎo)通。

4）觸發(fā)脈沖必須與晶閘管的陽極電壓同步，脈沖移相范圍必須滿足電路要求。圖3強(qiáng)觸發(fā)電流波形3.2單結(jié)晶體管觸發(fā)電路該觸發(fā)電路主要運(yùn)用的器件是單結(jié)晶體管，單結(jié)晶體管（簡稱UJT）又稱基極二極管，它是一種只有一個(gè)PN結(jié)和兩個(gè)電阻接觸電極的半導(dǎo)體器件，它的基片為條狀的高阻N型硅片，兩端分別用歐姆接觸引出兩個(gè)基極b1和b2。在硅片中間略偏b2一側(cè)用合金法制作一個(gè)P區(qū)作為發(fā)射極e。其結(jié)構(gòu)、符號(hào)和效電路如圖4所示。圖4單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)符號(hào)和等效電路從圖4可以看出，兩基極b1與b2之間的電阻稱為基極電阻：

式中：rb1第一基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值隨發(fā)射極電流ie而變化，rb2為第二基極與發(fā)射結(jié)之間的電阻，其數(shù)值與ie無關(guān)；發(fā)射結(jié)是PN結(jié)，與二極管等效。

η稱為分壓比，其值一般在0.30.85之間，如果發(fā)射極電壓VE由零逐漸增加，就可測得單結(jié)晶體管的伏安特性，見圖5圖5單結(jié)晶體管的伏安特性（1）當(dāng)Ve＜ηVbb時(shí)，發(fā)射結(jié)處于反向偏置，管子截止，發(fā)射極只有很小的漏電流Ice

（2）當(dāng)Ve≥ηVbb+VD時(shí)，VD為二極管正向壓降（約為0.7伏），PN結(jié)正向?qū)ǎ琁e顯著增加，rb1阻值迅速減小，Ve相應(yīng)下降，這種電壓隨電流增加反而下降的特性，稱為負(fù)阻特性。管子由截止區(qū)進(jìn)入負(fù)阻區(qū)的臨界P稱為峰點(diǎn)，與其對就的發(fā)射極電壓和電流，分別稱為峰點(diǎn)電壓Vp和峰點(diǎn)電流Ip和峰點(diǎn)電流Ip。Ip是正向漏電流，它是使單結(jié)晶體管導(dǎo)通所需的最小電流，顯然Vp=ηVbb。（3）隨著發(fā)射極電流ie不斷上升，Ve不斷下降，降到V點(diǎn)后，Ve不在降了，這點(diǎn)V稱為谷點(diǎn)，與其對應(yīng)的發(fā)射極電壓和電流，稱為谷點(diǎn)電壓，Vv和谷點(diǎn)電流Iv。

（4）過了V點(diǎn)后，發(fā)射極與第一基極間半導(dǎo)體內(nèi)的載流子達(dá)到了飽和狀態(tài)，所以uc繼續(xù)增加時(shí)，ie便緩慢地上升，顯然Vv是維持單結(jié)晶體管導(dǎo)通的最小發(fā)射極電壓，如果Ve＜Vv，管子重新截止。4．MATLAB仿真4.1.仿真模型模塊介紹 1）交流電源提取路徑：Simulink\SimpowerSystem\ElectricalSources\ACVoltageSource 2)直流電壓提取路徑：Simulink\SimpowerSystem\ElectricalSources\DCVoltageSource 3）晶閘管提取路徑：Simulink\SimpowerSystem\PowerElectronics\Thyristor 4)脈沖信號(hào)發(fā)生器提取路徑：Simulink\Simulink\Sources\PulseGenerator 5)負(fù)載電阻提取路徑：Simulink\SimpowerSystem\Elements\SeriesRLCBranch 6)電壓測量提取路徑：Simulink\SimpowerSystem\Measurements\VoltageMeasurements 7)電流測量提取路徑：Simulink\SimpowerSystem\Measurements\CurrentMeasurements 8)示波器提取路徑：Simulink\Simulink\Sinks\Scop4.2仿真模型的設(shè)計(jì) 將單相橋式全控整流電路的MATLAB仿真模型如下圖6所示。圖6單相橋式全控整流電路的MATLAB仿真模型4.3仿真波形圖7=60度QUOTE時(shí)波形5.心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)是對我們所學(xué)內(nèi)容的一次復(fù)習(xí)與拓展，它要求我們掌握利用MATLAB仿真電力電子器件。通過單相全控橋式整流電路的設(shè)計(jì)，使我加深了對整流電路的理解，讓我對電力電子技術(shù)產(chǎn)生了濃烈的興趣。

對于一個(gè)電路的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)該對它的理論知識(shí)很了解，這樣才能設(shè)計(jì)出性能好的電路。整流電路中，開關(guān)器件的選擇和觸發(fā)電路的選擇是最關(guān)鍵的，開關(guān)器件和觸發(fā)電路選擇的好，對整流電路的性能指標(biāo)影響很大。

每次做課程設(shè)計(jì)我都感覺比較棘手，因?yàn)樗粏问且竽銌渭兊赝瓿梢粋€(gè)題目，而是要求你對所學(xué)的知識(shí)都要弄懂，并且能將其貫穿起來，是綜合性比較強(qiáng)的，盡管如此我還是迎難而上了，首先把設(shè)計(jì)任務(wù)搞清，不能盲目地去做，要找相關(guān)資料，我用了兩天在上圖書館和在網(wǎng)上找資料，然后對資料進(jìn)行整理，這其中也拓展了我的知識(shí)面。

在設(shè)計(jì)觸發(fā)電路時(shí)，我遇到了很多種選擇，最后選擇了一種比較簡單的電路圖，這也許是一種對復(fù)雜電路的逃避，不過我還是知道了觸發(fā)電路的三種分類，對書本上沒仔細(xì)討論的這方面的內(nèi)容有所了解。在利用MATLAB進(jìn)行仿真的過程中，一直出現(xiàn)我無法判斷的錯(cuò)誤，讓我十分糾結(jié)，在尋求同學(xué)的幫助和查閱資料之后，問題得到了解決，感到十分輕松愉快。

在這次學(xué)習(xí)的過程中，也許過程比較緊張和費(fèi)神，但是當(dāng)最終的結(jié)果出現(xiàn)在我面前的時(shí)候卻是一種難得的喜悅，這是一種我們平時(shí)難以獲得的體會(huì)。我們應(yīng)該正視課程設(shè)計(jì)，好好的利用課設(shè)提升自己本