【導讀】六期連載，整流電路AC/DC變換應用非常廣泛

，其中二極管整流在電機驅動中是主流的方案
，而且功率範圍很廣
，所以了解二極管整流工程設計非常重要。

整(zheng)流(liu)電(dian)路(lu)是(shi)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)課(ke)程(cheng)的(de)基(ji)礎(chu)內(nei)容(rong)，占(zhan)篇(pian)幅(fu)也(ye)很(hen)大(da)，但(dan)是(shi)在(zai)書(shu)本(ben)上(shang)
，工(gong)程(cheng)上(shang)的(de)重(zhong)要(yao)基(ji)礎(chu)問(wen)題(ti)沒(mei)有(you)細(xi)講(jiang)或(huo)沒(mei)有(you)涉(she)及(ji)，尤(you)其(qi)重(zhong)要(yao)的(de)整(zheng)流(liu)電(dian)容(rong)濾(lv)波(bo)負(fu)載(zai)往(wang)往(wang)被(bei)忽(hu)略(lve)了(le)，以(yi)至(zhi)於(yu)使(shi)得(de)整(zheng)流(liu)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)在(zai)中(zhong)小(xiao)功(gong)率(lv)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)中(zhong)也(ye)沒(mei)有(you)得(de)到(dao)足(zu)夠(gou)重(zhong)視(shi)，直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)成(cheng)本(ben)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。

第二講《二極管的損耗與波形係數》講了基礎知識
，二極管和測量技術的基本概念，第三講以《阻感性負載和反電動勢負載》梳理了整流電路的分析方法。本講開始講整流橋的非線性負載和逆變器的非線性負載。

在交流供電的電源
，家用電器，電機驅動器中，電容濾波這一非線性負載非常普遍。

電(dian)容(rong)濾(lv)波(bo)負(fu)載(zai)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)遠(yuan)高(gao)於(yu)平(ping)均(jun)值(zhi)電(dian)流(liu)，也(ye)使(shi)得(de)有(you)效(xiao)值(zhi)電(dian)流(liu)比(bi)較(jiao)大(da)，這(zhe)對(dui)整(zheng)流(liu)橋(qiao)電(dian)流(liu)造(zao)成(cheng)大(da)的(de)應(ying)力(li)。由(you)於(yu)電(dian)流(liu)的(de)諧(xie)波(bo)大(da)，往(wang)往(wang)超(chao)過(guo)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)中(zhong)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)的(de)限(xian)製(zhi)
，一(yi)般(ban)功(gong)率(lv)大(da)於(yu)80W電路就需要加電感濾波，這也抑製了峰值電流。

單相整流電路的電容濾波負載分析

整流電路的電容濾波負載中的電容是儲能器件，它的作用是平滑整流橋輸出電壓的紋波Ubrumm
，其儲存的能量和負載耗能相當

，其端電壓uc在就是ud
，其作用是反電動勢，上一講已經有了知識的鋪墊。

電容濾波整流電路中的二極管電流是不連續的，是非線性的
，隻有輸入電壓uL1>ud時
，即t1~t2期間才有電流iL1對電容充電iC和對負載供電iL。zaiqujianwai，youyuerjiguanfanpian，liangeifuzaigongdianjihuidoumeiyou。yaozaiduanshijiangeifuzaigongneng，zheshifengzhidianliubipingjunzhidianliudahaoduo
，xiangyingdeyouxiaozhi
，jijunfanggendianliuyehuidabushao（見下麵仿真數據）。

這樣的電路的缺點是電流峰值大，高次諧波大，受電磁兼容標準和法規的限製
，一般功率大於80W電路就需要加電感濾波。

電流估算

在劉進軍主編的《電力電子技術》電容濾波的單相不可控整流電路中給出了一張圖表，負載大小（阻值）和濾波電容與對θ值和δ值的影響
，圖中的電流波形是理想波形，上升沿是突變。

從圖中可以讀出δ值在40-70度，θ值在20-40度之間，除非不按照規則設計，采用特別大或特別小的電容。特別大的電容
，在放電周期放掉電有限，母線紋波電壓很小，充電的θ角小；而很小的電容，母線紋波電壓很大
，這時隨著交流電壓的上升，很快進入充電狀態，充電時間比較長，充電的θ角大。但出於成本考慮和母線紋波電壓的要求
，充電的θ角不會太離譜。如果有濾波電感這表不適用。

按照GB/T 7260.3-2003不間斷電源設備(UPS)第3部分:確定性能的方法和試驗要求中資料性附錄基準非線性負載的規定
，以1000VA負載為例
，RL＝121Ω,C=1210μf。具體規定參考續篇《逆變器如何麵對整流濾波非線性負載？》。

從上表中讀出：θ＝24°,δ=65°

對於10ms的半周期，其導通時間為t=24/180*10ms=1.33 ms，這與下表的仿真結果非常接近。

注：Rs=0.2Ω
，是線路阻抗

知道δ值在40-70度，θ值在20-40度(du)之(zhi)間(jian)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)計(ji)算(suan)在(zai)二(er)極(ji)管(guan)導(dao)通(tong)時(shi)電(dian)容(rong)和(he)電(dian)阻(zu)上(shang)的(de)電(dian)流(liu)。這(zhe)種(zhong)電(dian)路(lu)在(zai)沒(mei)有(you)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)限(xian)製(zhi)，哪(na)怕(pa)在(zai)穩(wen)態(tai)時(shi)，整(zheng)流(liu)橋(qiao)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)也(ye)比(bi)較(jiao)大(da)。

在圖中可以讀出，二極管從t=0開始導通，到t=θ/2
，時達到峰值
，所以電流峰值計算如下：

這與上述的仿真結果比較接近。

但(dan)無(wu)論(lun)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)多(duo)大(da)，由(you)於(yu)電(dian)容(rong)沒(mei)有(you)消(xiao)耗(hao)電(dian)能(neng)，其(qi)整(zheng)流(liu)橋(qiao)輸(shu)出(chu)的(de)電(dian)流(liu)平(ping)均(jun)值(zhi)就(jiu)是(shi)電(dian)阻(zu)上(shang)的(de)平(ping)均(jun)值(zhi)，二(er)極(ji)管(guan)電(dian)流(liu)平(ping)均(jun)值(zhi)是(shi)電(dian)阻(zu)上(shang)電(dian)流(liu)平(ping)均(jun)值(zhi)的(de)一(yi)半(ban)。

二極管的平均值電流很容易計算，但計算二極管損耗時需要有效值
，就需要知道峰值係數。

對於非線性負載的設計，建議采用仿真獲得設計參數。

線路阻抗對電流的影響

線路阻抗電流的峰值會有很大的影響，阻抗從0.05Ω增加到5Ω
，線路上峰值電流時的壓降僅U=IR=4*5=20V，在311V占比僅6%，但對抑製峰值電流效果很明顯。按照GB/T 7260.3-2003中基準非線性負載的規定，串聯的線性電阻，其消耗有功功率為總表觀功率的4%。在實際係統設計中會采用交流側或直流側的電感，目的是降低係統的諧波電流，同時也減低峰值電流。

從理論分析和仿真模擬可以看出，整流二極管的應力與線路阻抗有很大關係
，實際係統需要滿足GB17625.1低壓電氣及電子設備發出的諧波電流限值（設備每相輸入電流≤16A）。如果是二極管整流
，需要通過串聯電感來滿足諧波電流，這時峰值電流不會太大。

下一講預告 

《整流電容濾波負載實例》

摘要：以家用空調作為單相整流電容濾波電路和英飛淩22kW通用變頻器為三相整流電容濾波電路為例，通過PLECS仿真驗證設計參數，給出波形係數的經驗值，方便工程計算。

來源：英飛淩工業半導體
，作者：陳子穎  

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題
，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

讓數字預失真的故障排除和微調不再難 必備攻略請查收

GaN HEMT 大信號模型

通過KNX使家庭和樓宇自動化的控製麵板設計更簡單

TO-247封裝碳化矽MOSFET中引入輔助源極管腳的必要性

了解為高分辨率、高幀率CMOS圖像傳感器設計供電方案的挑戰