2.2　AC-DC变换电路

将交流电变换成直流电的过程称为AC-DC变换或整流。传统的整流电路是利用二极管或晶闸管的单向导电性，将交流电变换成直流电的电路，是电力电子技术最早推广应用的电路类型。实现整流的电力半导体器件，连同辅助元器件及控制系统称之为整流器或AC-DC变换器。

2.2.1　二极管整流器——不可控整流

由于二极管是不可控器件，因此直流电路的输出电压也不可控制，其大小取决于输入电压和电路形式，主要为需求固定直流电压的负载供电。二极管直流的主要形式如表2-1所示。

根据负载性质的不同，输出端采用的滤波电路也不尽相同。要求电流稳定的负载一般只加电感滤波；要求电压稳定的负载，一般只加电容滤波；既要电压稳定又要电流稳定的负载需要加LC滤波器。另外，加电感滤波还可以提高交流电源的功率因数，减小谐波。

2.2.2　晶闸管整流器——可控整流

由于晶闸管是半控型器件，通过控制门极的触发角，就可控制晶闸管的导通时刻，达到控制（移相调节）输出直流电压的目的。同时将输入的交流电源变换成可控的直流电源，提供给要求电压连续变化的负载。

晶闸管整流器的拓扑与二极管整流器基本类似，只要将二极管整流器件用晶闸管代替，保留原电路二极管续流器件即可。常用晶闸管整流器的主要形式如表2-2所示。但由于晶闸管的可控性，完整的晶闸管整流器还需要移相触发电路、控制电路、检测和保护电路。相比二极管整流器具有更多的选择性和复杂性。

2.2.3　PWM整流器——斩波整流

随着电力电子设备的大量应用，谐波、低功率因数对公共电网的危害日益严重，为改善电网质量、提高电能利用率，一种新型的脉宽调制（PWM）型高频开关模式整流器（SMR）于20世纪90年代投入了实际应用。在自关断器件出现并成熟后，PWM控制技术就得到了很快的发展，PWM型逆变电路获得了广泛的应用。

PWM-SMR整流器一般采用全控型电力电子开关器件（电力MOSFET、IGBT），用高频脉宽调制（PWM）方波驱动其导通或关断。PWM整流器的类型众多，根据电路拓扑结构和外特性，PWM整流器可分为电压型（升压型或Boost型）和电流型（降压型或Buck型）。升压型整流器输出一般呈电压源特性，其特点是输出的直流电压高于交流输入电源的峰值电压。电流型或降压型整流器输出的直流电压总是低于交流输入电源的峰值电压，降压型整流器输出一般呈电流特性。

图2-1和图2-2分别是单相半桥和单相全桥（电压型PWM）整流器，图2-3所示的是三相电压型PWM整流器。除必须具有网侧电感L外，PWM整流器主电路拓扑结构和逆变器是一样的。稳态工作时，整流器输出直流电压不变，开关管按正弦规律作脉宽调制，整流器交流侧（网侧）的输入电压从直流侧观察与逆变器工作原理相同，可看作DC-AC逆变工作。由于电感具有滤波作用，忽略整流器交流侧输出交流电压的谐波，变换器可看作是三相平衡的可控正弦波电压源。它与电网的正弦电压uS共同作用于电感L，产生正弦输入电流（ia、ib、ic）。适当控制整流器交流端电压ui的幅值和相位，就可以获得所需大小和相位的输入电流i。

图2-4所示为三相电流型（降压型）PWM整流器，由于网侧电感L很大，电流型整流器一般不用于单相。从交流侧看，电流型整流器可以看成是一个可控电流源。与电压型相比，电流型整流器有其独特的优点：首先，由于输出电感的存在，它没有桥臂直通和输出电路现象；其次，开关器件直接对直流电流作脉宽调制，所以其输入电流控制简单，理论上即使是电流开环也能得到比较好的输入电流波形和快速的电流响应。但是，电流型整流器通常要经LC滤波器后，再与电网连接，且由于直流侧的平波电感和交流侧LC滤波器的存在，电源的体积和重量显著增大。