单相整流滤波电容纹波电流的数学模型与分析

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第4 3卷第 3期 20 0 9年 3月

电力电子技术 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

单相整流滤波电容纹波电流的数学模型与分析 徐立刚，陈乾宏，朱 (. 1南京航空航天大学，江苏南京

祥，丰

骏 266 ) 2 3 1

20 1; . 10 6 2南通江海电容器有限公司，江苏通州

摘要：流滤波用电解电容容值的改变不仅影响输出电压，会影响电容本身的纹波电流，而影响损耗和电容本 整还进

身的寿命。建立了滤波电容纹波电流的数学模型，利用 S b r ae仿真结果与计算结果对比验证了模型的正确性。基于所 建数学模型，分析了容值变化对纹波电流和电容损耗以及电容寿命的影响，随着容值的增加，电容的纹波电流会随之增加 .电容损耗增加至极值点后逐渐减小。最后进行了实验验证，进一步完善了滤波电容的选取依据。 关键词：滤波电容；损耗；数学模型，纹波电流 中图分类号：M5 T 3文献标识码： A文章编号：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 整流滤波用电解电容的选取似乎早有定论。即 应根据允许的纹波电压来选取容值：对于有维持时间要求的系统，单相整流时一般取 1 2I/~ FW。通常 x

整流电路为例 .建立了滤波电容纹波电流的数学模型。通过数学的方法求得整流滤波用电解电容容值与电容纹波电流的函数关系，并结合电解电容容值与其等效串联电阻乘积近似为常数的规律，进而获得容值变化对损耗以及寿命的影响，为整流后滤波电容的选取提供较为完善的依据。

认为，不考虑成本和输入功率因数，则容值越大越好，，这有利于减小电压脉动，高供电质量。提并且容值越大。电容的等效串联电阻越小 .允许通过的纹波电流越大f然而， l 1。整流滤波电容越大，输入电流导通角变小，同样的输出功率下，在电容流过的纹波电流有效值反而会增大，纹波电流是造成损耗、而引起电容发热的根本原因，该损耗与纹波电流有效值的平 方和等效串联电阻的乘积成正比。所以容值的增加不一定会减小电容损耗。么从损耗的角度 .那容值的选取就缺乏明确的约束原则 .并且也无法直观地判断容值与电容预期寿命的关系。检索发现 .目前尚无文献定量分析容值选取对电容损耗以及电容寿命的影响，究的方向主要集中在改善电容的散热上。研如安装散热器，用风冷散热，电容远离发热严重的采将

2电容纹波电流的数学模型 21波形描述 .

图 1出单相桥式整流电路及输出电压波形。示令电源电压 M过零点与 V, i D。 VD导通时刻相距角。

v .

6

L 1 R

￣D宁c V4 2 ()容滤波的单相桥式整流电路 ()路稳态时的输出电压波形 a电 b电

图 1电容滤波的单相桥式整流电路及其输出电压波形

在过零点至 w - t&期间， t<t故二极管因 t t, i n

均不导通，该阶段 C向放电， R提供电流，为同时 M下降。当 t-后，会超过‰,使得 V V d o￣之 t n D,D导通，电源向 C充电，同

时向 R供电。 V, D的设 D。 V导通角为 0则当 t=+, O O￣时， V 4断，时 u t VD, D关此 的减小速度超过的减小速度， C开始以时间常数 RC按指数函数放电 .∞= 。当订即放电经过 1 0 T角一区间，降至开始充电时的初值， D, D导通，‰ V:V,新 51

功率器件以降低电容周围的空气温度[选用热阻更 2 1,低的材料等，而延长电容寿命。为此，从以单相桥式 定稿日期： 0 8 0 -1 20- 8 1

作者简介：立刚 (9 2 )男，苏连云港人，士研究生，徐 18一，江硕 研究方向为高频软开关变换器及磁集成。

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