阻感性負載和反電動勢負載——看似簡單的整流電路詳解

六期連載，整流電路AC/DC變換應(yīng)用非常廣泛，其中二極管整流在電機驅(qū)動中是主流的方案，而且功率范圍很廣，所以了解二極管整流工程設(shè)計非常重要。

整流電路AC/DC變換應(yīng)用非常廣泛，比DC/AC 逆變器功率范圍更廣，數(shù)量更多。為了降低諧波電流，有源PFC應(yīng)用越來越廣泛，但二極管整流在電機驅(qū)動中還是主流的方案，而且功率范圍很廣，所以了解二極管整流工程設(shè)計非常重要。

整流電路是電力電子課程的基礎(chǔ)內(nèi)容，占篇幅也很大，但是在書本上，工程上的重要基礎(chǔ)問題沒有細講或沒有涉及，尤其重要的整流電容濾波負載往往被忽略了，以至于使得整流電路設(shè)計在中小功率系統(tǒng)設(shè)計中也沒有得到足夠重視，直接影響系統(tǒng)成本和可靠性。而大功率整流，譬如新能源電解氫，整流知識是必不可少的。

第二講《二極管的損耗與波形系數(shù)》講了二極管和測量技術(shù)的基本概念，從第三講開始整流橋各種負載，包括電阻性負載，阻感性負載，帶反電勢的負載，電容濾波負載。最后以標準和測試波形講解針對非線性負載的逆變器設(shè)計策略。

單相整流電路的阻感性負載分析

純電阻性負載比較簡單，不再舉例了。阻感性負載還是比較常用，譬如直流電機負載，為了符合微信快速閱讀習慣，以單相電路為例分析其不連續(xù)電流模式和連續(xù)電流模式，給出一些電流波形。有需要可以讀一下阮新波老師的《電力電子技術(shù)》第二章，阮老師花了45頁篇幅非常系統(tǒng)講解了整流電路。

阻感性負載---連續(xù)電流模式

理想的連續(xù)模式負載是電流是帶一點紋波的方波，由于配電的電感（變壓器的漏感），方波電流的電流變化率沒有這么高，邊沿沒有這么陡。

當VT1和VT4在ɑ角度時觸發(fā)導通，ud電壓就等于u2減去兩個整流管的正向?qū)▔航?，波形在整流管導通期間跟隨輸入電壓u2，分析中假設(shè)：ud=u2.

從ɑ角開始，電流id一直在上升，直到電阻上的電壓uR等于u2，圖中由于假設(shè)電感很大，負載電阻R很小，所以看上去電流波峰（id最大值）接近ud電壓過零處。當uR>u2，這時電感釋放能量，電流逐漸下降，一旦u2到下半周為負，但電流還是正的，這時對電網(wǎng)反饋能量。這一現(xiàn)象在不連續(xù)電流模式下看得更清楚。

如果是二極管整流，當輸入電壓過零時，電流就換向，如果是晶閘管換向就發(fā)生在ɑ角。換向時的電流 id(0)，即上一半周的id(θ)。電感L越大，儲能多，負載電阻R越小，這時id(θ)也比較大，電流紋波不大。

所以整流管上的電流也是為方波。

整流管損耗為：

二極管電流平均值id是整流橋輸出的電流平均值的一半，有效值可以通過查表獲得整流電路的方波波形系數(shù)來獲得。這樣就可以方便計算二極管上的損耗了。

其實在這里，有效值電流也很容易理解，由于穩(wěn)態(tài)時，電感上的平均為零，因此Id只是由負載電阻決定。

交流輸入有效值電流：

整流管上的有效值電流：

由于穩(wěn)態(tài)時，電感上的平均為零，因此Id只是由負載電阻決定，同時電流是方波，有效值等于平均值等于峰值，問題就變得簡單了。

阻感性負載不連續(xù)電流模式

分析過電流連續(xù)模式再看電流不連續(xù)模式，它的特征很顯得明顯，換流過程以流水賬形式列在下面。

t1=ωt1:T1,T4導通，ud=u2，負載電流id從零開始上升，電網(wǎng)給電感和電阻供電，電感儲能；

uR=u2：電阻上電壓等于輸入電壓，電感電壓為零，電流id到達峰值；

uR>u2：電阻上電壓大于輸入電壓，電流id開始下降，電感釋放能量，這期間電阻的能量來自電網(wǎng)和電感；

π：u2過零，走向負半周，電感電流滯后于電壓，電流還是正的，這時，電感給電網(wǎng)反饋能量和給電阻供電

t2=ωt2：電感能量放完，電流id為零，T1,T4晶閘管截止

t3=ωt3：負半周開始

不連續(xù)電流模式電流非方波，波形系數(shù)需要通過仿真的辦法獲得。

帶反電勢的負載

這也是一種常見的整流器負載形式。看原理圖，想到這是最簡單的充電電路，負載可看成一個直流電壓源，對于整流電路，它們就是反電動勢負載。

帶反電動勢的整流電路，只有在輸入電壓高于反電動勢E時才有電流，負載電流是不連續(xù)的。

由于電流導通時間短，當回路中的電阻比較小的時候（這一類電路中電阻是損耗，往往很?。敵鐾瑯悠骄惦娏鲿r，電流的峰值和有效值都比較大，功率因數(shù)低，所以一般設(shè)計中需要有電抗器。這種特性負載，會在下兩個單元以應(yīng)用及其廣泛的電容負載詳細講解。

下一講預(yù)告 

《整流電容濾波負載原理》

摘要：本系列的核心內(nèi)容，在交流供電的電源，家用電器，電機驅(qū)動器中，電容濾波這一非線性負載非常普遍，本講開始詳細講解整流電容濾波的分析方法、計算方法和實例。

來源：英飛凌工業(yè)半導體，作者：陳子穎