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交流桥式整流器接入滤波电容后二极管导通角的变化分析

交流桥式整流器接入滤波电容后二极管导通角的变化分析

交流桥式整流器与滤波电容的协同工作原理

在电源系统中,交流桥式整流器常用于将交流电转换为脉动直流电。当整流电路接入滤波电容后,其输出电压更加平滑,显著降低了纹波系数。然而,这一改进也带来了整流二极管导通行为的改变,尤其是导通角的变化。

一、导通角的基本概念

导通角是指在一个交流周期内,整流二极管处于导通状态所对应的电角度(通常以度为单位)。在未加滤波电容时,桥式整流器的二极管在每个半波期间几乎全程导通,导通角接近180°。但加入滤波电容后,情况发生显著变化。

二、滤波电容对导通角的影响机制

当滤波电容并联在整流输出端后,它会在输入电压高于电容电压时充电;一旦输入电压低于电容电压,电容便向负载放电,维持输出电压稳定。这导致二极管仅在输入电压峰值附近才导通,以补充电容因放电而下降的电压。因此,导通角显著减小,通常仅为几十度,甚至不足30°。

三、导通角减小带来的影响

  • 电流冲击增大:由于二极管导通时间短,但需在短时间内提供大量电荷以充电电容,导致峰值电流急剧上升,可能损坏二极管或引发电磁干扰。
  • 功率因数下降:短导通角意味着电流波形严重畸变,谐波含量增加,造成系统功率因数降低。
  • 发热加剧:尽管平均电流可能不高,但峰值电流和瞬态应力使二极管温升明显,需选用更高额定电流的器件。

四、改善措施建议

为缓解上述问题,可采取以下策略:

  • 采用软启动电路或限流电阻,减少初始充电冲击。
  • 使用有源功率因数校正(PFC)电路,提升整体效率与功率因数。
  • 选择低导通压降、高瞬态耐受能力的肖特基二极管或快速恢复二极管。
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