[发明专利]电容滤波桥式不控整流器的改进方法

说明书

一种电容滤波桥式不控整流器的改进方法，属于桥式不控整流技术领域。本发明针对现有电容滤波桥式不控整流器在负载增大时，输入阻抗角随之增大，造成等效负载阻抗呈现电感性的问题。它以传统的电容滤波整流桥为基础，在所述整流桥两个输入端之间并联辅助电容C_Ad得到改进后电容滤波整流桥；所述辅助电容C_Ad在负载阻值过大而使整流桥工作在断续导通模式时，为输入电流提供续流回路，使输入电流不为零。本发明获得的改进后电容滤波整流桥能在几乎不增加系统成本和控制复杂度的前提下，显著减小断续导通模式下整流桥的输入阻抗角。

技术领域

本发明涉及电容滤波桥式不控整流器的改进方法，属于桥式不控整流技术领域。

背景技术

在电力电子变换器领域，最常见的整流滤波电路就是电容滤波桥式不控整流器，由于其结构简单、无需控制且稳定性高，得到了广泛应用。

对于电容滤波整流电路而言，一般认为在输出侧接入电阻负载后，从整流桥输入端往后看的等效阻抗近似呈阻性。随着负载电阻增大，整流桥的输入阻抗角将从近似为零开始逐渐增大。此时，不能再将等效阻抗视为阻性，因为此时的等效负载阻抗将呈现明显的电感性，许多传统的电路分析方法便不再准确。此外，伴随发生的输入电压电流畸变、输入电压占空比丢失等现象，会导致系统谐波含量和无功分量增加。这种电路工作状态称为断续模式，是整流桥输出侧负载电阻过大所导致。因此，负载取值需要考虑使电路工作在连续模式，这造成特定负载下无法使用电容滤波整流电路，极大地限制了整流电路的负载取值范围以及电容滤波整流电路在电力电子变换器领域的应用。

目前，针对上述问题的解决方案大体可分为两大类。第一类是基于某种特定的电路拓扑，利用其特性进行补偿。例如，在无线电能传输系统中，研究人员通过调节双边LCC补偿拓扑中的副边补偿电容大小消除断续模式带来的负面效应；通过提出改良的S/CLCL拓扑，扩大整流桥工作在连续模式的负载电阻范围，从而尽量避免整流桥工作于断续模式。第二类是从改进整流桥本身结构出发，将不控二极管改成可控器件，进而控制输入电压电流同相位。例如，某团队提出了一种基于阻抗角检测的有源桥式单相整流器，将传统整流桥中的二极管替换为可控的场效应管，通过算法控制输入阻抗角始终保持近似为零。上述两类方案尽管在一定程度上减轻了整流电路工作在断续模式带来的不良影响，但都存在比较大的限制：第一类方案普适性严重不足，且效果往往不甚理想，仅在一定程度上拓宽了连续模式的负载范围；第二类方案虽然从根源上解决了问题，也具备一般性，但是成本高昂，控制复杂，增大了系统的不稳定性。

发明内容

针对现有电容滤波桥式不控整流器在负载增大时，输入阻抗角随之增大，造成等效负载阻抗呈现电感性的问题，本发明提供一种电容滤波桥式不控整流器的改进方法。

本发明的一种电容滤波桥式不控整流器的改进方法，以传统的电容滤波整流桥为基础，在所述整流桥两个输入端之间并联辅助电容C_Ad得到改进后电容滤波整流桥；

所述辅助电容C_Ad在负载阻值过大而使整流桥工作在断续导通模式时，为输入电流提供续流回路，使输入电流不为零。

根据本发明的电容滤波桥式不控整流器的改进方法，所述辅助电容C_Ad的取值通过仿真实验获得。

根据本发明的电容滤波桥式不控整流器的改进方法，在基于S/S补偿拓扑和改进后电容滤波整流桥的IPT系统中，负载阻值在1-100Ω之间时，根据辅助电容C_Ad在不同取值下整流桥输入阻抗角和输出电流随负载阻值变化的曲线，选择辅助电容C_Ad的取值为：C_Ad＝2.5nF。