我们知道，对于电功率（信号）而言，一般有两种形式：交流和直流。特斯拉推广的是交流电，爱迪生推广的是直流电。两者都各有优点，谁也取代不了谁。在特斯拉和爱迪生的年代，这两者之间是不可调和的，但是随着半导体技术的发展，他们又在某种程度上有一定的缓和，因为是可以相互变换的。具体来说，有：交流到交流→变压器；交流到直流→整流器；直流到交流→逆变器；直流到直流→DC-DC变换器。

　　在运动控制领域，整流器和逆变器使用非常广泛。对逆变器感兴趣请见J Pan：如何理解逆变器。今天，我们着重看看整流器（rectifier）。

　　电网的交流电频率一般是固定的，而对于调速系统而言，需要不断的变换频率，比如交流电机控制，因此一般会先将电网的交流电整流成直流电，然后再逆变成所需要的交流信号。

　　二极管的特性我们都很了解，简单来说就是正向可以导通，反向截止。下面我们要看一个简单的电路来加深一下理解：

　　如果D1不存在，则这个电路很容易理解，D2导通，电流为10A，A点电势为100V。

　　若D1和D2同时存在，我们不妨假设D1导通，D2截止，此时A点电势为200V，此时D2处于反向偏置，确实是截止状态。若D2导通，D1截止，此时A点电势为100V，此时D1处于正向偏置，D1随即也导通，然后A点电势抬到200V，D2被反向偏置，处于截止状态。

　　总结一下来说：当有多个电源通过二极管阴极（cathode）连接到同一个节点时，节点电势为最大的那个电势，即：

　　同理，当一个节点连接多个二极管阳极（anode）时，节点电势为为最小的那个电势，即：

　　有了这些铺垫，我们就可以做一些更复杂的事情，比如下图。D1、D2、D3、D4、D5、D6组成三个桥臂，节点V_{XN}通过二极管D1、D3、D5分别连接至电源V_{AN}，V_{BN}，V_{CN}，节点V_{YN}通过二极管D4、D6、D2分别连接至电源V_{AN}，V_{BN}，V_{CN}。

　　上图上半部分为相电压波形，下半部分为线电压波形。根据前面的分析，V_{XN}为相电压V_{AN}，V_{BN}，V_{CN}最大值，VV_{YN}为相电压V_{AN}，V_{BN}，V_{CN}最小值，这样我们就可以得到上半部分的图。当V_{XN}为V_{AN}时，D1导通；当V_{XN}为V_{BN}时，D3导通；当V_{XN}为V_{CN}时，D5导通；以此类推类推。

　　将V_{XN}与V_{YN}相减，就可以得到V_{XY}，如上图的下半部分。与相电压类似，线组线电压的极大值，持续时间为60°。

　　可见，对于i_A而言，D1导通时电流为I_D，D4导通时为-I_D，其余为另两路导通，i_A为零。

　　刚才讨论的都是理想情况，事实上要复杂一些，比如电源端往往会呈现一定的电感特性，如下图所示：

　　为简单起见，假定h_a=h_b=h_c=h。我们知道，电感中的电流是不能突变的，不会瞬时从一个二极管导通转向另外一个二极管导通。举个例子，比如现在导通的二极管正在从D1转向D3，此时会发生什么呢？请见下图：

　　既然D1不能瞬间就能完成到D3的转换，那么在某个很短的时间内，就存在D1、D3同时导通的情况，这种工况称为“overlap”。假设负载中电感数值很大，因此可以对电流进行很好的滤波，这样就可以假定

　　上图展示了二极管从D1导通到D3导通的变化过程，在角度为\mu的时间内，D1和D3同时导通。此时V_{XN}输出为(V_{AN}+V_{BN})/2。上图的下半部分为流过二极管D1和D3的电流，由于我们假设负载的电感足够大，因为其稳定值都为I_D。

　　用同样的方法可以得到V_{YN}，通过V_{XN}和V_{YN}就可以得到整流后的输出电压V_{XY}。如下图所示：

　　之前算的都是整流之后的负载电压V_{XY}，现在来看看电源端有电感的影响后，对电源的输出有什么影响，即如何计算V_{AN}，V_{BN}，V_{CN}以及V_{AB}，V_{BC}，…等。为简单期间，我们只计算V_{AN}，V_{BN}，V_{CN}。如下表所示，计算过程和之前一致，当出现二极管导通转换时，将会出现“overlap”，并且假定负载端的电流经过较大滤波后，接近常值。

　　晶闸管（Thyristor）一般有4层（p-n-p-n），除了二极管具有的阳极（anode）和阴极（Cathode）外，还有一个门极（Gate）。

　　前向阻止（Forward Blocking）OFF：晶闸管承受较大的电压，但是几乎没有电流，就像开关处于断开状态；

　　前向导通（Forward Conducting）ON：晶闸管流过较大电流，只有很小的管压降（1V-2V），就像开关处于闭合状态；

　　Turn On：当晶闸管从OFF状态变为ON状态时，需要满足两个条件，一是处于正向偏置；二是给晶闸管的门极施加一个电压脉冲信号，以提供晶闸管导通所需要的电流。

　　Turn Off：一旦晶闸管导通，它状态将会被锁存，即使去除门极电流或者施加一个反向电流，晶闸管也不能被关闭。能关闭晶闸管的唯一办法就是将阳极（Anode）电流慢慢减小到零，并将晶闸管处于反向偏置。

　　总结来说，晶闸管的开通可通过外接电路来控制，但是关闭却不能。就像一个大坝一样，有一个小口子就能冲开，但是想关闭门都没有。这和一般的晶体管（Transistor）有较大区别。

　　前面我们用二极管搭了一个类似的模型，实现了交流电的整流，其缺点就是二极管不能实现人为控制，我们于是换成了晶闸管。每一个晶闸管都有一个门极驱动电路（图中未显示）开控制晶闸管的开通操作，这个控制电路也可以依据电源端的波形来确定晶闸管的开通节点。比如说，可以类比一下之前的二极管电路，我们可以在二极管导通的时间点来开通晶闸管，这时整流电路就和二极管整流电路表现一致。我们也可以延时一个角度\alpha开通，以实现更灵活的整流效果。比如当延时角\alpha=45^o时，整流效果为（忽略电源端的电感h_a、h_b、h_c）：

　　和二极管电路相比，其导通位置延迟了45°，可见整流效果有了变化，目视平均值降低了，且谐波增加。

　　当延时角\alpha=90^o时，整流效果为（忽略电源端的电感h_a、h_b、h_c）：

　　当延时角\alpha=120^o时，整流效果为（忽略电源端的电感h_a、h_b、h_c）：

　　前面没考虑电源端的电感（h=0），假设电感的存在，使得两个晶闸管之间转换过渡对应的角度为\mu=15^o，晶闸管的开通延时角为\alpha=45^o，则整流后的波形为：米乐 M6米乐