不可控整流电路二极管参数计算校核

由于汽车和航空航天动力系统向多电和全电的过渡阶段，动力系统由传统的发动机逐渐被电机和电机控制器替代。

混电作为一个过渡阶段和新能源动力的新形势，发展趋势势不可挡。

我们简单聊聊发动机发电到储能阶段的电机控制器整流过程中的不可控整流原理和整流二极管参数的计算校核和选择。

作者：Xiou

1.不可控整流原理

1.1 不控整流原理

不可控整流电路采用整流二极管，故也称这类电路为二极管整流电路。

目前常用的是单向桥式和三相桥式两种接法。

1.2 特点

基于二极管器件的完全不控整流电路虽然其结构简单可靠、损耗低。
利用整流二极管构成的不可控整流电路其输出电压不可调节，交流侧电能质量差。

不控整流的关键元件就是二极管。

2.整流二极管参数校核计算

我们要评估一个整流桥或者二极管的参数，有必要拿到其对应的数据手册。以英飞凌的DDB6U180N16RRPB37BPSA1整流桥为例。

2.1 整流桥损耗、效率计算

假定我们的发电机功率因数cosθ=0.8，发电机输出线电压有效值为800V，三相整流桥输出电压计算公式：Ud=1.2*Uab=700V（满载情况下系数按1.2计算，Uab为发电机输出额定线电压）。

按照发电机额定输出功60kW，整流桥输出额定电流：Id=P/1.05Ud=81A；
根据二极管损耗计算公式：

其中:
Pv：二极管导通损耗；
IAV：平均导通电流；
VT0：二极管阈值电压；
rT：二极管斜率电阻；
F：波形系数（IRMS/IAV）

根据DDB6U180N16RRPB37BPSA1手册可知，rT=2.3mΩ，VT0=0.83V，在不考虑均流影响的情况下，三相相位按120°计算则F²=3。
假定功率因数cosθ=0.8，平均导通电流：

对于三相整流器的单二极管来说：

单个二极管损耗：

整个整流桥总损耗为135W，控制器输出功率为60kW，则控制器发电效率为99.8%。

2.2 I2t计算校核

参数“I2t” 反映整流二极管受短时热冲击能力。当线路过载或短路时,器件在短时内会流过一个大电流并使其结温突然上升,甚至超过最高允许工作结温Tj,只要在参数“I2t”规定值之内器件不会损坏。

浪涌电流平方时间积I²t，按照电机转速8000rpm（频率1000Hz）计算：

这个数值远远低于手册9800A²s。

2.3 频率校核

发电工况最大电频率1000Hz（1ms），根据工程经验，功率模块DDB6U180N16RRPB37BPSA1 二极管，工作频率范围满足应用要求。