摘要

论述了桥式和全波相结合的单相可控整流电路，该电路突破可控整流电路最大输出电流点和最佳功率因数点只能在最高输出电压点上的传统，可在调低电压时输出电流达到桥式电路的2倍以上。桥全可控整流电路只要在桥式电路上增加一只整流或可控整流器件即可获得，不但吸取全波和桥式二类经典电路的优点，而把二类电路包含在内，成为性能最好、电路数量最多、最高形式的单相可控整流电路。

关键词 桥式 全波 可控整流电路

Gong’s Bridge Full Controllable Rectification Circuit

(Scicntific & Technological Association for Senior Citizer Hongdu Aviation Industry Group

Abstract This paper introduces the single-phase controllable rectofication circuit comcurrent point and full wave circuits,which breaks through cnvention that the max.output current point and optimum power factor point of controllable rectification circuit can only be gotten at the max.output voltage point,and can putput current more than two times of that of bridge circuit at low voltage.This can be implemented just by adding one rectifier or controllable in the bridge circuit.This circuit ont only absorbs the advantages of the classical full wave and bridge circuits,but also xontains these two kinds of circuits,and becomes the xingle-phase controllable rectification circuit of the best performance,the most number of circuits and the highest level.

Keywords Bridge Full wave Controllable rectification circuit

1、 引言

龚氏桥全可控整流电路的发明是基础可控整流电路理论研究的重大突破，它突破了经典相控整流电路有史以来其最大输出直流点和最佳功率因数点都是在最高输出电压点上、允许输出的最大直流电流和功率因数都是随输出电压的调低而减少的传统观念。输出电压降低一半，其允许输出最大电流和功率因数也要下降约30%。创立了一类新颖现代复式相控整流电路，它的最大允许输出直流电流在50%最高输出电压点上，并且其最大值是经典桥式可控整流电路输出电流的2倍。它在30%~100%最大输出电压的调节范围内，允许的最大输出电流比经典桥式可控整流电路最高电压时的最大允许输出电流值还要高。这类新电路称为龚氏桥全可控整流电路。它是包含有经典的半波、全波和桥式三类单相可控整流电路在内比桥式更优越的第四类单相可控整流电路。它实际上是只用一个整流或可控整流器件将上述三类经典可控整流电路创造性地巧妙结合在一起的新电路。它只比经典单相桥式可控整流电路多一个器件就能吸取经典单相全波电路输出电流大和内阻低，经典单相桥式电路变压器利用率高和器件耐压低的优点，而又克服了经典单相全波电路器件耐压高和变压器利用率低，经典单相桥式电路低电压输出时内阻高、输出电流小、谐波大、效率低和功率因低等缺点，成为超越经典单相可控整流电路中性能最优越、使用得最多的经典单相桥式电路。创立了一类新的单相可控整流电路——龚氏桥全可控整流电路。

它的发明充实和发展了经典的相控技术电路和理论，奠定了新的现代复式相控技术理论基础，为21世纪的教学用书和工具书中有关可控整流电路章节内增添了新的内容，使20世纪以前的经典相控电路和技术升级为21世纪的现代复式经典相控电路和技术。体现了新世纪新技术和新理论的发展和需要。在这方面由国家教委电工课程指导委员会、清华大学、北京化工大学、北方交通大学和北京轻工业学院等单位8位教授联合编写，由化工出版社出版的《常用电工电子技术手册》中已经有了“龚氏桥全电路”章节（第1531～1533页内）。可供从事可控整流电路和相控技术的教学和教学用书与工具书编写者参考。

2、 龚氏桥全可控整流电路的发明创新思路

在以往的世界教科书中仅有单相半波、全波和桥式三类经典可控整流电路.并且桥式是最为好的电路.它们各有优缺点，分别在不同场合下应用。应用最多的是经典桥式可控整流电路。它们之间是有内部联系的，全波电路包含有两个半波电路，因此全波电路又称为双半波电路。桥式可控整流电路也包含有一个半波可控整流电路，但它不包含有全波可控整流电路。因此桥式可控整流电路就不能够吸取全波可控整流电路有两个次级绕组交替输出电流的工作状态，也就没有输出电流大和内阻低的优点。能否发明一种既能包含有经典半波和全波可控整流电路，又能包含有经典桥式可控整流电路在内的新颖可控整流电路呢？将经典全波和桥式两种可控整流电路的同名直流输出端相连接就可以得到此种电路，但这只是一种简单机械地组合，不能算是一项发明，要发明这种电路必须使用最少数量的器件和次级绕组，用简单最科学的方法得到它。分析经典桥式可控整流电路得不到全波可控整流电路的原因是桥式可控整流电路中变压器次级没有二个相串连的绕组，只有二个绕组才能交替提供电流（相当于二个绕组并联提供输出电流）很自然就会想到在经典桥式可控整流电路的次级绕组中增加一个中心抽头，并且要在这个中心抽头上设法输出全波可控整流直流电压和电流的想法，必然就会想到在这个中心抽头与一个直流输出端之间连接一个整流或可控整流器件的问题。这样一类既能够包含有经典半波、全波和桥式三类可控整流电路，又能在30%至100%最高输出电压的调节范围内，输出电流恒大于经典桥式可控整流电路所能输出最大电流值的新颖可控整流——“龚氏桥全可控整流电路”就发明了。为世界教课书和工具书增添了崭新的一类顶级单相可控整流电路,为中华民族在世界教科书中永远占有一类顶级基础电路做出贡献。

3、 龚氏桥全可控整流电路

龚氏桥全可控整流电路是属于单相可控整流电路的基本电路和最优最高形式的可控整流电路。它由主电路和触发电路两大部分组成。它比桥式可控整流电路更为优越。要充分发挥龚氏桥全电路的优越性能，必须有良好的触发电路与主电路可控器件相配合。

龚氏桥全可控整流电路的主回路由桥式可控整流回路和全波整流回路两部分组成。主回路电路有如附图①～⑧八种形式。

附图①和②示出五个晶闸管和四个晶闸管的两种龚氏全控桥全电路，它们不但适用于整流，还可用于逆变，由于附图②中晶闸管数量少，触发简单，因此使用全控桥全电路时都使用附图②的龚氏全控桥全电路。附图③和④示出两种龚氏半控桥全电路。附图③在感性负载时必须加续流二极管，而附图④就不需要。附图⑤示出龚氏桥外控桥全电路，它在感性负载时也必须加续流二极管。附图⑥和⑦示出两种从50%电压起调的龚氏桥全电路，这两种桥全电路都只要一组触发信号，适用于某些调压范围较窄的场合，例如，用于固定直流输出稳压电源等场合。附图⑧示出一种从25%电压起调的龚氏桥全电路。

这八种电路的共同特征是：在经典桥式可控整流电路中增加一个整流或可控整流器件，这个器件连接在整流变压器次级中间抽头（新增加的）和任意一个直流输出端之间。它们都可以看成由经典桥式可控整流电路和经典全波可控整流或整流电路两部分组成。这两部分整流电路有两个公用的整流或可控整流器件和两个公共直流输出端。由于龚氏桥全可控整流电路中桥式可控整流部分的输出电压要比全波整流或可控整流部分输出电压要高。因此，当桥式可控整流器件被触发导通之后，连接在中心抽头和直流输出端之间的整流或可控整流器件立即承受反向电压而被强迫阻断，龚氏桥全可控整流电路就能自动转换成经典桥式可控整流电路的工作状态，使整流输出端由经典全波整流或可控整流电路的输出电压自动转换为经典桥式可控整流电路的输出电压。

附图⑨所示的是附图①～⑤五种形式的龚氏桥全可控整流电路的可控整流电压输出波形图（电阻性负载时）。图中α₁是全波可控整流电路部分的起始导通角。α₂是桥式可控整流电路部分的起始导通角。龚氏桥全可控整流电路在输出直流电压低于50% Umax电压时，其触发信号使龚氏桥全可控整流电路中的桥式可控整流电路部分不参与工作（即相当于α₂=π）。只有全波可控整流电路部分工作。这时α₁在0～π之间变化时，输出端能在0～50% Umax之间调压。龚氏桥全可控整流电路在输出电压接近或大于50% Umax电压时，桥式电路部分与全波电路部分都参与可控整流。输出端得到的输出电压为全波和桥式两者相结合的波形。并且波形的前部分为全波整流或可控整流电压，后部分为桥式可控整流电压。这时送给全波可控整流器件的触发信号必须超前于送给桥式可控整流器件（非公用器件）的触发信号。即要求α₁﹤α₂。如果要使龚氏桥全可控整流电路只工作在桥式可控整流状态，只要不给全波可控整流电路部分的可控器件触发信号，或者使桥式电路的触发信号超前于全波电路触发信号α₁≥α₂即可达到。

由附图②所示的龚氏全控桥全整流电路可以清楚地看出，它包含有： 1、三种半波可控整流电路，（a）只触发KP4器件，通过ZPO和KP4输出U1电压的半波可控整流电压。（b）只同时触发KP1和KP4器件，不通过ZPO器件就输出（U1+U2）电压的半波可控整流电压。（c）将（b）的触发信号改为先触发KP4器件，经延时再触发KP1器件，就会在半个周期内前面部分U1通过ZPO输出可控整流电压，后面部分U1和U2通过KP1和KP4输出（U1+U2）可控整流电压。 2、一个全波可控整流电路，只要用一组全波触发信号触发KP3和KP4器件，就可通ZPO器件输出U1和U2的全波可控整流电压。 3、一个桥式可控整流电路，只用一组桥式触发信号触发KP1、KP4和KP2、KP3就可输出（U1+U2）的桥式可控整流电压。 4、一个桥全可控整流电路，如果用二组有相位差的触发信号，一组为桥式电路触发信号，另一组为全波电路触发信号，并且使全波电路的触发信号超前于桥式电路的触发信号。分别触发KP1、KP2和KP3、KP4器件，就可在一个周期内前面部分输出U1和U2的双半波（即全波）可控整流电压，后面部分输出（U1+U2）桥式可控整流电压。由此可以说龚氏全控桥全整流电路不但包含有现有的单相半波、全波和桥式三类经典的可控整流电路。只有改变其触发信号就可单独输出任一种经典可控整流电路的电压。而且能够输出几种经典可控整流电路相结合的可控整流电压。因此，它是一种在21世纪世界教学用书和工具书中有关可控整流电路章节中不可缺少的最高形式也是最优秀的单相可控整流电路。

龚氏桥全可控整流电路输出直流电压的计算公式（U为变压器次级电压有效值）：

Ａ、在负载是大电感无续流二极管时

Ｂ、在纯电阻负载或者电感负载有续流二极管时

(2)

当（1）、（2）式中，cosα₂项没有时，就可得到单相全波可控整流电路计算公式。

当（1）、（2）式中，cosα₁=cosα₂时，就可得到单相桥式可控整流电路计算公式。

因此，（1）、（2）式就包含有单相全波和单相桥式两种可控整流电路的计算公式在内。

4、 龚氏桥全和经典桥式两类单相可控整流电路的性能对比

龚氏桥全可控整流电路与经典桥式可控整流电路的性能对比，是在使用次级绕组有一个中心抽头的同一变压器和相同电阻负载下进行的。

4.1、两种电路调节控制输出电压的精度对比。

由于龚氏桥全可控整流电路有两个从零到π之间调节的控制角，而经典桥式可控整流电路只有一个从零到π之间调节的控制角，因此，龚氏桥全可控整流电路的电压和电流的调节控制精度可比经典桥式可控整流电路提高一倍。

4.2、两种电路的整流效率对比

附图⑩示出两种电路整流效率的相比曲线，由对比曲线可知，龚氏桥全可控整流电路的整流效率远高于经典桥式可控整流电路。在输出直流电压50% Umax值附近，龚氏桥全可控整流电路的整流效率比经典桥式可控整流电路提高35%以上。

4.3、两种电路变压器输入交流功率对比

附图11示出两种电路变压器交流输入功率的对比曲线，由对比曲线可知，龚氏桥全可控整流电路变压器交流输入功率远远低于经典桥式可控整流电路。在50%最大输出电压时，龚氏桥全可控整流电路的交流输入变压器的功率比经典桥式可控整流电路减少约44%。

4.4、两种电路变压器铜耗对比

附图12示出两种电路变压器铜耗的对比曲线，由对比曲线可知，龚氏桥全可控整流电路变压器铜耗远远低于经典桥式可控整流电路。在50%最高输出电压时，龚氏桥全可控整流电路整流变压器的铜耗比经典桥式可控整流电路降低75%以上。

4.5、两种电路功率因数对比

附图13示出两种电路功率因数对比曲线，由对比曲线可知，龚氏桥全电路在50%和100%直流输出电压时，各有一个最佳功率因数点，而经典桥式电路只有100%输出直流电压时才有一个最佳功率因数点。在低电压输出时，龚氏桥全可控整流电路的功率因数可比经典桥式可控整流电路提高0.1～0.3左右。

4.6、两种电路最大直流输出电流对比

附图14示出两种电路允许输出的最大直流电流的对比曲线，由对比曲线可知，龚氏桥全电路允许输出的最大直流电流比经典桥式电路要高得多。在30%到100%最大输出电压范围内调节时，龚氏桥全电路允许的最大输出直流电流恒大于经典桥式电路在最大输出电压时的最大允许输出电流值。并且从零到50%最大输出电压范围内，龚氏桥全可控整流电路允许输出的直流电流最大值是经典桥式可控整流电路的2倍以上。龚氏桥全电路这一优越的性能，在设计整流变压器时可比采用经典桥式电路时降低设计容量30%左右，从而可节省大量铜和铁。

4.7、两种电路在负载侧谐波电压对比

附图15示出两种电路负载侧基波峰值电压对比曲线，由对比曲线可知，龚氏桥全可控整流电路负载上的基波电压远远小于经典桥式电路。特别是在50%最高输出电压值附近，龚氏桥全可控整流电路的基波峰值电压比经典桥式可控整流电路降低2倍以上。

1992年4月18日浙江大学电机系电力电子研究所对龚氏桥全半控整流电路和经典桥式半控整流电路进行了部分性能对比测试。测试的参数包括：输出直流电压V out，输入交流有功功率P in，输入交流电流有效值I in，输入功率因数COSφ，及输出端低次谐波Cn，测试是在用同一整流变压器，在纯电阻性负载，交流稳压电源供电的情况下进行的，测试结果见附表。

由附表中第6列可知，两种电路得到的直流电流和电压相同（14伏和1.11安）时，龚氏桥全电路Pin为25瓦，而经典桥式电路为44.2瓦，这样龚氏桥全电路在此电压的整流效率为62%，而经典桥式电路仅为35%，由此可知龚氏桥全可控整流电路在14伏输出电压时整流效率比经典桥式电路提高37%。如果变压器空耗低于4.17瓦，二者相比将提高得更多。由于变压器初级铜耗是和初级电流的平方成正比，龚氏桥全电路在14伏输出时的Pcu（桥全）=0.11²R,经典桥式电路在14伏输出时的Pcu（桥式）=0.31²R，二者相比较可知，龚氏桥全可控整流电路在14伏输出时，整流变压器初级绕组铜耗比经典桥式电路减少79%以上。在此电压时的功率因数龚氏桥全电路也比经典桥式电路提高0.122。在15.32伏输出电压时，测得负载侧的二、三、四次谐波电压，龚氏桥全可控整流电路都比经典桥式可控整流电路减少2倍以上。

由上述几种性能对比和实测数据中，我们可以清楚地看出龚氏桥全电路的发明在基础电路上是具有划时代创新意义的。它与目前应用得最多的经典桥式电路相比具有直流输出电流和功率大、谐波电压少、功率因数高、变压器容量小、铜耗和铁耗低、整流效率高和对电网谐波公害少等一第列优点。而它们的差别仅在于电路中多一个整流或可控整流器件和触发相位不同而已。

附表：龚氏桥全半控整流电路与经典桥式半控整流电路性能测试对比
V out	桥式	27.5	24.4	21.4	18.4	15.4	14	12.4	9.4	6.4	3.4	0
(伏）	桥全	27.5	24.4	21.4	18.4	15.4	14	12.4	9.4	6.4	3.4	0
I out	桥式	2.2	1.95	1.7	1.42	1.13	1.11	0.98	0.73	0.5	0.25	0
（安）	桥全	2.2	1.95	1.7	1.42	1.13	1.11	0.98	0.73	0.5	0.25	0
pin	桥式	80.8	75	68.3	58.3	50	44.2	40	28.3	20	11.7	4.17
（瓦）	桥全	80.8	72.5	58.3	50	27.5	25	24.2	19.2	15	7.5	4.17
lin	桥式	0.42	0.41	0.39	0.36	0.32	0.31	0.28	0.24	0.18	0.12	0
(安）	桥全	0.42	0.39	0.33	0.25	0.15	0.11	0.11	0.1	0.07	0.05	0
COSφ	桥式	996	998	960	925	890	860	812	710	600	*	*
X0.001	桥全	996	978	945	890	930	982	952	870	750	570	*
在Vout=15.32V时，测得输出二次、三次、四次谐波电压：
桥全电路：C2=6.195V;C3=0.064V;C4=1.84V
桥式电路：C2=15.61V;C3=0.134V;C4=15.31V

﹡其中“*”项表示COSφ＜0.5

5、 结束语

龚氏桥全可控整流电路1983年就已经发明，1987年11月申请发明专利，1990年4月获得发明专利权（专利号87105504.X），现在已将这项基础电路的发明无偿地奉献给祖国和全世界。希望在不久的将来能看到有更多的教学用书和工具书中编有“龚氏桥全电路”章节。为中华民族以高起点、高技术水准在世界的电工教学用书和工具书中占有我中华民族的一度之地而共同努力奋斗。由于种种原因，直到最近我才有时间和条件对这类电路做了一些研究，同时还感到很有必要得到国家或单位的资助，来进一步深入研究这项基础电路和理论，以便有更多更完整正确的资料和数据提供入编国内外教学用书时参考。补充21世纪教学用书和工具书中有关可控整流电路章节的新内容（入编有龚氏桥全电路的教学用书和工具书的出版发行单位，请不要忘记桥全电路发明人，桥全电路的著作权一直在发明人手中）。

本文介绍的是中心电压值有一个最佳功率因数点的龚氏桥全可控整流电路，它可称为A类龚氏可控整流电路。另外还发明有中间一个最佳功率因数可按实际需要上下移动的B类（器件数量和A类相同）和中间有多个最佳功率因数点的AB类龚氏可控整流电路，以及龚氏交流可控调压电路。有关这些相控新电路的文章本人将在以后继续提供。

A类、B类、AB类、龚氏可控整流电路和龚氏交流调压电路，它们共同奠定了现代复式相控理论基础。

查阅世界电学教科书和工具书就可知，电学中电路虽然很多，但作为教科书中的基础教学电路数量并不多，桥式、全波、半波整流电路和斯密特电路是学电的人们人人皆知的经典电路，近几年新发明的CuK电路、Buck电路和Boosk电路都已入编我国和世界专业教科书中，但是这些电路都是外国人发明的，包括世界各地华人在内还没有发明一种电学基础电路能入编在世界各国教科书和工具书中，我们中华民族应该在世界电学教科书和工具书中占有一席之地，早日实现我国在电学教科书中基础教学电路零的突破。龚氏桥全可控整流电路的发明在AD/DC变换技术中创出了一条全新的最基础变换电路，实现中华民族在世界电学教科书中基础电路零的突破。龚氏桥全可控整流电路及其计算公式，不但能包含现有半波、全波和桥式三种经典可控整流电路在内，其输出电压的计算公式中也包含现有经典全波和桥式可控整流电路在内，而且其性能远远超过经典桥式可控整流电路，使电路面目一新。这种性能的获得只要在桥式电路中增加一个器件和改变触发相位即可获。人人皆知经典桥式可控整流电路在世界各国电工教科书中是性能最好、最高形式的单相可控整流电路，它是重点教学电路，龚氏桥全电路发明之后，可控整流电路中性能最好最高形式的可控整流电路就由龚氏桥全电路替代经典桥式电路，龚氏桥全电路就自然成为21世纪相控电路中新的第四类经典电路，今后世界各国教科书和工具书中心是有单相桥式可控整流电路的地方，就必然会有我中华民族发明创立的龚氏桥全整流电路。

由机械工业出版社出版，西安交通大学黄俊教授主编的《半导体变流技术》、黄俊、王兆安主编的《电力电子变流技术》和王兆安、黄俊主编的《电力电子技术》，是根据我国高校教学计划编写的高等学校教材和优秀教科书，郑忠杰主编的《晶闸管变流技术》教科书，是中等专业学校试用教材。这几本书的第二章是单相可控整流电路。§2-1单相半波可控整流电路，§2-2单相桥式全控整流电路，载有电阻负载、电感性负载和反电势负载时的3个线路及其波形图，§2-3单相桥式半控整流电路，载有电感性负载和反电势负载时的6个线路及其波形图。由于桥全电路的发明有论文中所述的诸多优点，并且都只是在现有桥式电路图中增加一个整流或可控整流器件，为使学生能掌握最新科技成果，就应该增加有§2-4龚氏桥全全控整流电路及其波形图，§2-5龚氏桥全半控整流电路及其波形图的新内容。

由清华大学出版社出版、清华大学赵良炳教授编著的《现代电力电子技术基础》一书，是我国部分高校大学生和研究生教材，在第二章AC/DC变换技术中，也有单相桥式半控电路和单相桥式全控电路两个章节，为使学生能学到最新技术，在教学时也应该增加有龚氏桥全半控整流电路和龚氏桥全全控整流电路两个章节。

1995年由国家教委电工课程指导委员会主任吕砚山教授主编的《常用电工电子技术手册》一书中就有龚氏桥全电路的发明人和龚氏桥全整流电路章节，极大多数高校和中等专业学校教有这本书。1995年国家科委成果办为全面推广桥全整流电路这项重大发明，曾向全国各有关单位发了（95）国科成办第115号红头文件、书和文件发行已12年，因此，极大多数高校和中等专业学校在教学单相可控整流电时，都已经增加有龚氏桥全电路的教学内容，有的高校还安排有桥式电路和桥全电路对比试验课，这为桥全电路在社会上广泛应用创造了很好的条件。

参考文献
1． 吕砚山主编：常用电工电子技术手册，北京、化工出版社，1995.1
2． 黄俊主编：半导体交流技术，北京：机械出版社。1980.7
3． 赵良炳编著。现代电力电子技术基础，北京，清华大学出版社。1995.5
4． 郑忠杰主编：晶闸管变流技术。北京：机械工业出版社。1995。10
5． 陈少华主编。实用电工手册（下一册），南昌：江西科技出版社。1997.11
6． 黄俊、王兆安主编。电力电子变流技术 北京机械工业出版社 1994
7． 王兆安、黄俊主编。电力电子技术 北京机械工业出版社 2000.1
8． 龚秋声，桥全可控整流电路ZL87100504.X，北京：；国家知识产权出版社。1990.1
9． 龚秋声：桥全可控整流电路的研究。中国电工技术学会电力电子学会四届年会论文集，1990.7

作者简介：龚秋声：首位在世界教科书中占有电路、并且是多个顶尖级教学基础电路的杰出华人发明家，2006中国最具影响力的创新人物，和谐中国之星一一最具社会责任感的十大科学家，国际权威电学专家; 中国专家评定联合会副会长。1935年出生，浙江义乌人，1961年西安交通大学毕业。南昌飞机制造公司老科协教授级高工、南昌市老科协顾问，世界华人交流协会理事、南昌大学客座教授、科技部《华夏英模》顾问、北京时代学人文化研究院院士、中国生产率科学院、中国管理科学研究院学术委员会和中科首创应用技术研究院研究员、现代复式相控技术理论奠基人。在他众多发明中有多项世界教学电路之“最”，为中华民族和世界华人在世界科学体系和教科书中占有中国人发明的基础教学电路而做出历史性贡献。比桥式更好的龚氏桥全电路已成为全球相控教学的新亮点，被“华夏英杰”等多部辞书誉为“永远的明灯”。