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第4 3卷第 3期 20 0 9年 3月

電力電子技術 P we lc r n c o rE e t i s o

Vo .3 o 3 1 N . 4 Ma c 2 0 r h, 0 9

單相整流濾波電容紋波電流的數(shù)學模型與分析 徐立剛，陳乾宏，朱 (. 1南京航空航天大學，江蘇南京

祥，豐

駿 266 ) 2 3 1

20 1; . 10 6 2南通江海電容器有限公司，江蘇通州

摘要：流濾波用電解電容容值的改變不僅影響輸出電壓，會影響電容本身的紋波電流，而影響損耗和電容本 整還進

身的壽命。建立了濾波電容紋波電流的數(shù)學模型，利用 S b r ae仿真結(jié)果與計算結(jié)果對比驗證了模型的正確性�；谒� 建數(shù)學模型，分析了容值變化對紋波電流和電容損耗以及電容壽命的影響，隨著容值的增加，電容的紋波電流會隨之增加 .電容損耗增加至極值點后逐漸減小。最后進行了實驗驗證，進一步完善了濾波電容的選取依據(jù)。 關鍵詞：濾波電容；損耗；數(shù)學模型，紋波電流 中圖分類號：M5 T 3文獻標識碼： A文章編號：0 0 1o 20 )3 0 5— 3 10— o x(0 9 0— 0 10

M o ei g a d An l sso i gep a eRe tf r Ca a io p l r e t d l n a y i fS n l—h s ci e p ct rRi p eCu r n n i

xu L—a g, HE i—o g, HU X a g, E G J n i n C N Q a h n Z in2 F N u g n ( .ajn nvr t o eo at s n s oa ts N nig2 0 1,C i; 1 nigU i s y fA rn ui dA t nui, ajn 10 6 hn N e i ca r c a 2 a t gJ n hi aa ir oLd, ogh u2 6 6,C ia . no i g a Cp ct . t. T nzo 23 1 hn ) N n a oC Ab t a t T e v l e o e ee toy i c p ctr i h e t e i u t f c sn to l h up t o tg u lo t e r— sr c: h a u ft lc r lt a a i n t e r ci r cr i a e t o n y te o t u l e b tas h p h c o i f c v a i p e c re t t e p we o s a d t e l e o

e c p c tr mah ma ia d lo e f t rc p c tn e S r p e c r n s i u r n,h o rl s n h i ft a a i . f h o A t e t lmo e ft l a a i c’ p l u r ti c h i e a i e p e e td, o e e e t e e s i e f d b h o a s n b t e h a c l t n rs l i h r p s d mo e n r s n e wh s f ci n s sv ri y t e c mp r o ewe n t e c l u ai e u t w t t e p o o e d la d v i e i o s h t e smu ai n r s l i e S b rs f r . e c p ct n e’ n u n e o h i p e c re ta d t e p w r ls fte h i l t e ut w t t a e o t e T a a i c Si f e c n t e rp l u n n h o e o s o o s h h wa h a l h

c p ctr a e a ay e n t e b ss o e gv n mo e . s c n l d d t a, t h n r a e o h a a i n e, p l a a i r n lz d o h a i f t ie d 1 t i o cu e twi t e i c e s f t e c p c t c r p e o h I h h a i c re to e c p c tri c e s s wh l h o e o s ic e s sf s y a d t e e r a e f rr a h n h x mu I u n ft a a i n r a e i t e p w rls n r a e r t n h n d ce s s at e c i g te ma i m. h o e i l e t i r v d b x e me t l e u t h tt e p o o e d l n h n l s e u sp vd r o r h n i e c n i e a sp o e y e p r n a s l t a r p s d mo e d t e a ay i r s h r i e mo e c mp e e sv o s r— i r s h a s o d t n n o d h l n te s lc in o e c p ct n e i sa d a g o e p o ee t ft a a i c . o h o h a Ke wo d: l rc p ct r o s y r s f t

a a i;l s;ma h ma is mo e r p e c re t i e o t e t d l/ p l u r n c i

1引言 整流濾波用電解電容的選取似乎早有定論。即 應根據(jù)允許的紋波電壓來選取容值：對于有維持時間要求的系統(tǒng)，單相整流時一般取 1 2I/~ FW。通常 x

整流電路為例 .建立了濾波電容紋波電流的數(shù)學模型。通過數(shù)學的方法求得整流濾波用電解電容容值與電容紋波電流的函數(shù)關系，并結(jié)合電解電容容值與其等效串聯(lián)電阻乘積近似為常數(shù)的規(guī)律，進而獲得容值變化對損耗以及壽命的影響，為整流后濾波電容的選取提供較為完善的依據(jù)。

認為，不考慮成本和輸入功率因數(shù)，則容值越大越好，，這有利于減小電壓脈動，高供電質(zhì)量。提并且容值越大。電容的等效串聯(lián)電阻越小 .允許通過的紋波電流越大f然而， l 1。整流濾波電容越大，輸入電流導通角變小，同樣的輸出功率下，在電容流過的紋波電流有效值反而會增大，紋波電流是造成損耗、而引起電容發(fā)熱的根本原因，該損耗與紋波電流有效值的平 方和等效串聯(lián)電阻的乘積成正比。所以容值的增加不一定會減小電容損耗。么從損耗的角度 .那容值的選取就缺乏明確的約束原則 .并且也無法直觀地判斷容值與電容預期壽命的關系。檢索發(fā)現(xiàn) .目前尚無文獻定量分析容值選取對電容損耗以及電容壽命的影響，究的方向主要集中在改善電容的散熱上。研如安裝散熱器，用風冷散熱，電容遠離發(fā)熱嚴重的采將

2電容紋波電流的數(shù)學模型 21波形描述 .

圖 1出單相橋式整流電路及輸出電壓波形。示令電源電壓 M過零點與 V, i D。 VD導通時刻相距角。

v .

6

L 1 R

￣D寧c V4 2 ()容濾波的單相橋式整流電路 ()路穩(wěn)態(tài)時的輸出電壓波形 a電 b電

圖 1電容濾波的單相橋式整流電路及其輸出電壓波形

在過零點至 w - t&期間， t<t故二極管因 t t, i n

均不導通，該階段 C向放電， R提供電流，為同時 M下降。當 t-后，會超過‰,使得 V V d o￣之 t n D,D導通，電源向 C充電，同

時向 R供電。 V, D的設 D。 V導通角為 0則當 t=+, O O￣時， V 4斷，時 u t VD, D關此 的減小速度超過的減小速度， C開始以時間常數(shù) RC按指數(shù)函數(shù)放電 .∞= 。當訂即放電經(jīng)過 1 0 T角一區(qū)間，降至開始充電時的初值， D, D導通，‰ V:V,新 51

功率器件以降低電容周圍的空氣溫度[選用熱阻更 2 1,低的材料等，而延長電容壽命。為此，從以單相橋式 定稿日期： 0 8 0 -1 20- 8 1

作者簡介：立剛 (9 2 )男，蘇連云港人，士研究生，徐 18一，江碩 研究方向為高頻軟開關變換器及磁集成。

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