PWM整流电路的设计与应用

目前广泛应用的整流电路主要有二极管整流和晶闸管可控整流。二极管整流电路简单,但无法对整流进行控制,晶闸管可控整流虽然可对整流进行控制,但功率因数低(即电能利用率低),且工作时易引起电网电源波形畸变,对电网其他用电设备会产生不良影响。PWM整流电路是一种可控整流电路，它的功率因数很高，且工作时不会对电网产生污染，因此PWM整流电路在电力电子设备中应用越来越广泛。

PWM整流电路可分为电压型和电流型,但广泛应用的是电压型。电压型PWM整流电路有单相和三相之分。

1.单相电压型PWM整流电路

单相电压型PWM整流电路如图7-42所示,图中的L为电感量较大的电感,R为电感和交流电压U_i的直流电阻,VT₁~VT₄为IGBT,其导通关断受PWM控制电路(图中未画出)送来的控制信号控制。

图7-42 单相电压型PWM整流电路

电路工作过程说明如下:当交流电压U_i极性为上正下负时,PWM控制信号使VT₂、VT₃导通,电路中有电流产生,电流途径如下

电流在流经L时,L产生左正右负电动势阻碍电流,同时L存储能量。VT₂、VT₃关断后,流过L的电流突然变小,L马上产生左负右正电动势,该电动势与上正下负的交流电压U_i叠加对电容C充电,充电途径是L右正→R→A点→VD₁→C→VD₄→B点→U_i下负,在C上充得上正下负电压。(www.xing528.com)

当交流电压U_i极性为上负下正时,PWM控制信号使VT₁、VT₄导通,电路中有电流产生,电流途径如下

电流在流经L时,L产生左负右正电动势阻碍电流,同时L储存能量。VT₁、VT₄关断后,流过L的电流突然变小,L马上产生左正右负电动势,该电动势与上负下正的交流电压U_i叠加对电容C充电,充电途径是U_i下正→B点→VD₃→C→VD₂→A点→L右负,在C上充得上正下负电压。

在交流电压正负半周期内,电容C上充得上正下负的电压U_d,该电压为直流电压,它供给负载R_L。从电路工作过程可知,在交流电压半个周期中的前一段时间内,有两个IGBT同时导通,电感L存储电能,在后一段时间内这两个IGBT关断,输入交流电压与电感释放电能量产生的电动势叠加对电容充电,因此电容上得到的电压U_d会高于输入端的交流电压U_i,故电压型PWM整流电路是升压型整流电路。

2.三相电压型PWM整流电路

三相电压型PWM整流电路如图7-43所示。U₁、U₂、U3为三相交流电压,L₁、L₂、L₃为储能电感(电感量较大的电感),R₁、R₂、R₃为储能电感和交流电压内阻的等效电阻。三相电压型PWM整流电路工作原理与单相电压型PWM整流电路基本相同,只是从单相扩展到三相,电路工作的结果在电容C上会得到上正下负的直流电压U_d。

图7-43 三相电压型PWM整流电路