单相PWM整流电路的分析介绍

单相PWM整流电路按照整流器的连接方式可分为单相半桥PWM整流电路、全桥PWM整流电路；由于输出的直流电可以是电压源或者电流源，故又可以分为电压型PWM整流电路、电流型PWM整流电路。本文就从电压型桥式PWM整流电路来分析电路的工作过程。

电压型单相桥式PWM 整流电路最早用于交流机车传动系统，为间接式变频电源提供直流中间环节，其电路如图3-43所示。每个桥臂由一个全控器件和反并联的整流二极管组成。L为交流侧附加的电抗器，在PWM整流电路中是一个重要的元件，起平衡电压、支撑无功功率和储存能量的作用。为简化分析，可以忽略L的电阻。

图3-43 单相全桥PWM整流电路

用正弦信号波和三角波相比较的方法对图中的V1-V4进行SPWM控制，就可以在桥的交流输入端ab产生一个SPWM波uab。uab中含有和正弦信号波同频率且幅值成比例的基波分量，以及和三角波载波有关的频率很高的谐波，不含有低次谐波。由于L的滤波作用，谐波电压只使is产生很小的脉动。当正弦信号波频率和电源频率相同时，is也为与电源频率相同的正弦波。us一定时，is幅值和相位仅由uab中基波uab1的幅值及其与us的相位差决定。改变uab的幅值和相位，可使is和us同相或反相，is比us超前90°，或使is与us相位差为所需角度。

不考虑换相过程，在任一时刻，电压型单相桥式PWM整流电路的四个桥臂应有两个桥臂导通。为避免输出短路，1、2桥臂不允许同时导通，同样3、4桥臂也不允许同时导通。PWM整流电路有四种工作模式，根据交流侧电流is的方向，每种工作模式有两种工作状态。

当交流输入电源电压us位于正半周时，各模式工作情况如下：

方式1为1、4号桥臂导通，电流为正时，VD1和VD4导通，交流电源输出能量，直流侧吸收能量，电路处于整流状态；电流为负时，V1和V4导通；交流电源吸收能量，直流侧释放能量，处于能量反馈状态。如图3-44（a）所示。

方式2为2、3号桥臂导通，电流为正时，V2和V3导通，交流电源和直流侧都输出能量，L储能；电流为负时，VD2和VD3导通，交流电源和直流侧都吸收能量，L释放能量。如图3-44（b）所示。(www.xing528.com)

方式3为1、3号桥臂导通，直流侧与交流侧无能量交换，电源被短接，电流为正时，VD1和V3导通，L储能；电流为负时，V1和VD3导通，L释放能量。如图3-44（c）所示。

图3-44 全桥PWM整流电路的运行方式

方式4为2、4号桥臂导通，直流侧与交流侧无能量交换，电源被短接，电流为正，V2和VD4导通，L储能；电流为负时，VD2和V4导通，L释放能量，如图3-44（d）所示。

在方式3和方式4中，交流电源被短路，依靠交流侧电感限制电流。在方式1和方式2中，由于电流方向能够改变，交流侧与直流侧可进行双向能量交换。

按同样方法可分析us位于负半周时各模式的工作情况。采用脉宽调制方式，通过选择适当的工作模式和工作时间间隔，交流侧的电流可以按规定的目标增大、减小和改变方向，从而控制交流侧电流is的幅值和相位，并使波形接近于正弦波。图3-45为电压型单相桥式PWM整流电路整流运行，功率因数为1时的工作波形。

图3-45 电压型单相桥式PWM 整流电路整流运行，功率因数为1时的工作波形