2.4 电容滤波的不可控整流电路

2.4电容滤波的不可控整流电路在交—直—交变频器、不间断电源、开关电源等应用场合中，大量应用2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路常用于小功率单相交流输入的场合，如目前大量普及的微机、电视机等家电产品中1.工作原理及波形分析图2-26电容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a)电路b)波形a)+RCu1u2i2VD1VD3VD2VD4idiCiRudb)0iud2ti,ud基本工作过程：在u2正半周过零点至t=0期间，因u2ud，故二极管均不导通，电容C向R放电，提供负载所需电流至t=0之后，u2将要超过ud，使得VD1和VD4开通，ud=u2，交流电源向电容充电，同时向负载R供电详细分析（简要讲解得出的结论，关键在于求出和）（2-37）（2-38）式中，ud(0)为VD1、VD4开始导通时刻直流侧电压值。将u2代入并求解得：（2-39）而负载电流为：)sin(222tUu2021)0(sin2)0(udtiCuUutCdd)cos(22tCUiC（2-40）于是（2-41）设VD1和VD4的导通角为，则当t=时，VD1和VD4关断。将id()=0代入式（2-41），得：（2-42）二极管导通后u2开始向C充电时的ud与二极管关断后C放电结束时的ud相等（2-43）注意到为第2象限的角，由式（2-42）和（2-43）得：（2-44）（2-45）)sin(222tRURuiR)sin(2)cos(222tRUtCUiiiRCdRC)(tgsin2)sin(222UeURC)(arctgRCsin1)()(arctg2RCRCRCeeRCRC在RC已知时，即可由式（2-45）求出，进而由式（2-44）求出。显然和仅由乘积RC决定。图2-27给出了根据以上两式求得的和角随RC变化的曲线。图2-27、与RC的关系曲线二极管VD1和VD4关断的时刻，即t达到的时刻，还可用另一种方法确定：VD1和VD4的关断时刻，从物理意义上讲，就是两个电压下降速度相等的时刻，一个是电源电压的下降速度|du2/d(t)|，另一个是假设二极管VD1和VD4关断而电容开始单独向电阻放电时电压的下0102030405060RC/rad/6/3/22/35/6,/rad降速度|dud/d(t)|p（下标表示假设）。2.主要的数量关系1）输出电压平均值整流电压平均值Ud可根据前述波形及有关计算公式推导得出，但推导繁琐。空载时，。重载时，Ud逐渐趋近于0.9U2，即趋近于接近电阻负载时的特性。通常在设计时根据负载的情况选择电容C值，使，T为交流电源的周期，此时输出电压为：Ud≈1.2U2（2-46）22UUd2/)5~3(TRC图2-28电容滤波的单相不可控整流电路输出电压与输出电流的关系2）电流平均值输出电流平均值IR为：IR=Ud/R（2-47）Id=IR（2-48）二极管电流iD平均值为ID=Id/2=IR/2（2-49）3）二极管承受的电压OUdIR0.9U2U2222U感容滤波的二极管整流电路实际应为此情况，但分析复杂ud波形更平直，电流i2的上升段平缓了许多，这对于电路的工作是有利的图2-29感容滤波的单相桥式不可控整流电路及其工作波形a）电路图b）波形a)b)-+RCL+u1u2i2uduLidiCiRVD2VD4VD1VD3u2udi20ti2,u2,ud2.4.2电容滤波的三相不可控整流电路图2-30电容滤波的三相桥式不可控整流电路及其波形a)电路b)波形1.基本原理某一对二极管导通时，输出电压等于交流侧线电压中最大的一个，该线电压既向电容供电，也向负载供电a)+abcTiaRCudidiCiRVD4VD6VD1VD3VD5VD2b)Oiaudiduduabuac0t3t当没有二极管导通时，由电容向负载放电，ud按指数规律下降。由“电压下降速度相等”的原则，可以确定临界条件。假设在t+=2/3的时刻“速度相等”恰好发生，则有（2-50）电流id断续和连续的临界条件RC=在轻载时直流侧获得的充电电流是断续的，重载时是连续的，分界点就是R=/C。32=+t)]-32(-t[RC1m32=+tmt)(32sinE)()]+tsin([Ededtdd33图2-31电容滤波的三相桥式整流电路当RC等于和小于时的电流波形a）RC=b）RC考虑实际电路中存在的交流侧电感以及为抑制冲击电流而串联的电感时的工作情况：电流波形的前沿平缓了许多，有利于电路的正常工作。随着负载的加重，电流波形与电阻负载时的交流侧电流波形逐渐接近。a)b)ttttiaidiaidOOOO333图2-32考虑电感时电容滤波的三相桥式整流电路及其波形a）电路原理图b）轻载时的交流侧电流波形c）重载时的交流侧电流波形2.主要数量关系1）输出电压平均值Ud在（2.34U2~2.45U2）之间变化2）电流平均值输出电流平均值IR为：IR=Ud/R（2-51）与单相电路情况一样，电容电流iC平均值为零，因此：a)b)c)+abcTiaRCudidiCiRVD4VD6VD1VD3VD5VD2iaiaOOttId=IR（2-52）二极管电流平均值为Id的1/3，即：ID=Id/3=IR/3（2-53）3）二极管承受的电压二极管承受的最大反向电压为线电压的峰值，为。26U