[發明專利]電容濾波橋式不控整流器的改進方法

有效

• 申請號: 202110171855.0
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112994442B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 王懿杰;麥建偉;曾憲瑞;姚友素;張相軍;徐殿國
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02M3/06
• 分類號: H02M3/06;H02M3/08;H02M1/12
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 楊曉輝

一種電容濾波橋式不控整流器的改進方法，屬于橋式不控整流技術領域。本發明針對現有電容濾波橋式不控整流器在負載增大時，輸入阻抗角隨之增大，造成等效負載阻抗呈現電感性的問題。它以傳統的電容濾波整流橋為基礎，在所述整流橋兩個輸入端之間并聯輔助電容C_Ad得到改進后電容濾波整流橋；所述輔助電容C_Ad在負載阻值過大而使整流橋工作在斷續導通模式時，為輸入電流提供續流回路，使輸入電流不為零。本發明獲得的改進后電容濾波整流橋能在幾乎不增加系統成本和控制復雜度的前提下，顯著減小斷續導通模式下整流橋的輸入阻抗角。

技術領域

本發明涉及電容濾波橋式不控整流器的改進方法，屬于橋式不控整流技術領域。

背景技術

在電力電子變換器領域，最常見的整流濾波電路就是電容濾波橋式不控整流器，由于其結構簡單、無需控制且穩定性高，得到了廣泛應用。

對于電容濾波整流電路而言，一般認為在輸出側接入電阻負載后，從整流橋輸入端往后看的等效阻抗近似呈阻性。隨著負載電阻增大，整流橋的輸入阻抗角將從近似為零開始逐漸增大。此時，不能再將等效阻抗視為阻性，因為此時的等效負載阻抗將呈現明顯的電感性，許多傳統的電路分析方法便不再準確。此外，伴隨發生的輸入電壓電流畸變、輸入電壓占空比丟失等現象，會導致系統諧波含量和無功分量增加。這種電路工作狀態稱為斷續模式，是整流橋輸出側負載電阻過大所導致。因此，負載取值需要考慮使電路工作在連續模式，這造成特定負載下無法使用電容濾波整流電路，極大地限制了整流電路的負載取值范圍以及電容濾波整流電路在電力電子變換器領域的應用。

目前，針對上述問題的解決方案大體可分為兩大類。第一類是基于某種特定的電路拓撲，利用其特性進行補償。例如，在無線電能傳輸系統中，研究人員通過調節雙邊LCC補償拓撲中的副邊補償電容大小消除斷續模式帶來的負面效應；通過提出改良的S/CLCL拓撲，擴大整流橋工作在連續模式的負載電阻范圍，從而盡量避免整流橋工作于斷續模式。第二類是從改進整流橋本身結構出發，將不控二極管改成可控器件，進而控制輸入電壓電流同相位。例如，某團隊提出了一種基于阻抗角檢測的有源橋式單相整流器，將傳統整流橋中的二極管替換為可控的場效應管，通過算法控制輸入阻抗角始終保持近似為零。上述兩類方案盡管在一定程度上減輕了整流電路工作在斷續模式帶來的不良影響，但都存在比較大的限制：第一類方案普適性嚴重不足，且效果往往不甚理想，僅在一定程度上拓寬了連續模式的負載范圍；第二類方案雖然從根源上解決了問題，也具備一般性，但是成本高昂，控制復雜，增大了系統的不穩定性。

發明內容

針對現有電容濾波橋式不控整流器在負載增大時，輸入阻抗角隨之增大，造成等效負載阻抗呈現電感性的問題，本發明提供一種電容濾波橋式不控整流器的改進方法。

本發明的一種電容濾波橋式不控整流器的改進方法，以傳統的電容濾波整流橋為基礎，在所述整流橋兩個輸入端之間并聯輔助電容C_Ad得到改進后電容濾波整流橋；

所述輔助電容C_Ad在負載阻值過大而使整流橋工作在斷續導通模式時，為輸入電流提供續流回路，使輸入電流不為零。

根據本發明的電容濾波橋式不控整流器的改進方法，所述輔助電容C_Ad的取值通過仿真實驗獲得。

根據本發明的電容濾波橋式不控整流器的改進方法，在基于S/S補償拓撲和改進后電容濾波整流橋的IPT系統中，負載阻值在1-100Ω之間時，根據輔助電容C_Ad在不同取值下整流橋輸入阻抗角和輸出電流隨負載阻值變化的曲線，選擇輔助電容C_Ad的取值為：C_Ad＝2.5nF。