整流电容滤波负载实例分享（整流电容滤波负载实例分享视频）

整流电路AC/DC变换应用广泛。其中，二极管整流是电机驱动中的主流方案，而且功率范围很广，因此了解二极管整流工程设计非常重要。

整流电路AC/DC变换应用广泛，比DC/AC逆变器功率范围更广、数量更多。为了减少谐波电流，主动PFC的应用越来越广泛。不过，二极管整流仍然是电机驱动中的主流解决方案，而且功率范围很广，因此了解二极管整流工程设计非常重要。

整流电路是电力电子课程的基础内容，占据很大篇幅。然而，书中对重要的基础工程问题没有详细解释或没有涉及。尤其重要的整流电容滤波负载往往被忽视，使得整流电路设计在中小功率系统设计中没有得到足够的重视，直接影响系统成本和可靠性。

要设计良好的整流电路，需要回答两个主要问题：二极管的电流和损耗。

二极管损耗

以带三相整流桥的100A 1200V三相逆变桥FP100R12W3T7_B11为例，整流二极管的IF=f(VF)特性如图所示，表达式为：

从图表中读出：

VTO=0.73V rT=0.00272ohm @25oC

二极管整流桥的输入是交流电流，但流经单个二极管的是直流电流。那么二极管上的损耗，即二极管上的平均功率为：

式中，电流的量化涉及二极管上的平均电流值IAV和有效电流值IRMS。流过二极管的是直流电流。我们计算的是直流下的平均功耗（功率），所以功耗（功率）的第一部分就是平均直流电压和平均直流电流的乘积。这里我们需要知道二极管的平均电流；电阻损耗（功率）是电流有效值与电阻值的平方的乘积。这里需要知道流过二极管的电流的有效值。

为了简化工程计算，我们针对各种整流电路的不同负载波形，给出了形状系数，即电流有效值与电流平均值的比值。在实际计算中，我们只需要知道平均电流即可。

所以：

在整流桥的实际设计中，必须考虑二极管的损耗，还必须注意其峰值电流。在电感较小的电路中，峰值电流角较小，电流峰值幅值较大。

下面以单相整流和三相整流电容滤波负载为例，对电流和波形系数进行仿真分析。

例1：类似家用空调的单相整流电路

以类似空调的整流电路为例，电容值为1500uf，电感为3.5mH，置于交流测量。负载电阻为121欧姆，平均功率为700瓦级别。为了说明问题，同时也分析一下轻载情况，负载电阻为1210欧姆，平均功率为70瓦级别。

Ln=3.5mH时二极管电流和电容电压的PLECS仿真波形如下： 在二极管导通初期，红色虚线左侧，其电流和电容电流共同向阻性负载供电，直到交流电压足够高，电流足够大。电容器充电，电容器电压上升。

在仿真中，我们可以获得电流值并计算形状因子。在空调的典型设计中，当电感为3.5mH时，形状因子为2.6。

同时，我们在不考虑电网阻抗的情况下，探讨了分析不同输入电感时的峰值电流。当电感为0.2mH5mH时，单相全桥整流波形系数在3.82.5之间。

设计时必须考虑平均电流与峰值电流的比值。在0.2mH的小电感情况下，峰值电流高达22A，是平均电流的18倍。这种稳态工作条件也会给二极管带来很大的压力，从而产生谐波。电流也较大，对电网非常不友好，远远达不到GB17625.1低压电器电子设备（设备输入电流每相16A）颁布的谐波电流限值。

当前工业通用变频器设计中应考虑这一点，以保证单相整流桥IGBT PIM模块的安全运行。

案例2：三相通用变频器整流电路

本案例以英飞凌的参考设计REF-22K-GPD-INV-EASY3B为例进行PLECS仿真分析。该参考设计的额定功率为22kW，是一款通用驱动器，专为泵、风扇、压缩机、传送带和其他应用而开发。该设计具有典型电机驱动器的外观和内部组成，包括EMI滤波器、预充电电路和电容器组、隔离电源、IGBT模块（EasyPIM 3B IGBT模块FP100R12W3T7_B11）、控制器和带风扇的散热器。可直接在三相电网上运行。

变频器主要参数

设备参数

三相共模电感：

标称电感L0=1.1mH、1.6mohm、62A、

直径98毫米，高度54毫米，

型号为TDK B82748S6623N030。实际上考虑的是直流偏磁（IR=62A，10%），仿真时采用1mH。

直流滤波电容：

电容为2200uF/450V，型号为TDK B43512A5228M067，六个电容三并二串联，电容组容量为3300uF。

IGBT模块：

EasyPIM 3B IGBT模块FP100R12W3T7_B11是一款带有三相整流桥、制动单元和三相逆变器的模块。逆变器采用100A、1200V IGBT7芯片。

每个整流二极管芯片最大正向有效值电流IFRMSM=100A

正向浪涌电流880A@tp=10ms

VTO=0.73V rT=0.00272ohm@25oC

仿真示意图

从仿真结果可以看出，在通用变频器的典型设计中，三相整流桥中二极管的电流波形系数并不太大，数值约为2。这种情况只出现当没有电感器时。例如，假设线路电感为0.01mH。当电流波形系数超过3时，二极管上的损耗将显着增加。

使用平均负载电流计算二极管损耗

在22kW逆变器的负载模拟中，使用电阻代替，阻值为11.5欧姆。这样，平均负载电流为43.2A，流过二极管的电流为14.4A。由于仿真时二极管的有效值电流为25.3A，因此形状因子为1.76。代入以下公式，计算出二极管损耗为12.3W，与仿真结果一致。

模拟波形供参考

综上所述

1 在合理的设计范围内，单相整流电容滤波电路的电流波形系数约为3，而三相整流电容滤波电路的电流波形系数约为2。

2 当线路阻抗较低、输入电感较小时，需要考虑二极管峰值电流的影响。

3 影响整流电容滤波电路外形尺寸的因素有很多。建议使用PLECS进行仿真，以获得二极管损耗和峰值电流。