[实用新型]一种分数阶D类半波整流器

说明书

本实用新型公开了一种分数阶D类半波整流器，包括交流电压源(v_R)、直流阻断电容(C_c)、变压器(T)、与变压器(T)连接的二极管整流电路、与所述二极管整流电路连接的低通滤波电路、与所述低通滤波电路并联的直流负载(R_L)；本实用新型采用分数阶元件实现的D类半波整流器，它增加了参数设计的控制维度；通过参数设计选取分数阶元件的阶数，大大降低了滤波电路输出电压谐波幅值，通过设计适当的分数阶元件阶数，改善滤波器的频域响应特性；滤波器中所采用的分数阶元件阶次小于1时为带损耗的无源元件，大于1时为有源元件，可控性强，控制参数选择范围大。

技术领域

本实用新型属于AC/DC变换器技术领域，特别涉及一种分数阶D类半波整流器。

背景技术

能量变换技术是分布式发电或分布式负载与交流电网之间的一个不可或缺的桥梁，其电能质量如谐波含量等直接影响着电网或负载的稳定运行。为减少谐波含量，通常在整流或逆变电路输入或输出端加入LC无源滤波电路，从而使输出或输入电压、电流波形变得更加平缓。无源滤波电路通过改变LC网络的拓扑结构形成低通、高通、带通等滤波电路，并通过改变电感或电容值以调节滤波器特性，从而改善整流或逆变电路的工作性能。传统LC滤波电路在高频或低频的参数设计过程中，需要考虑电感或电容的损耗即等效串联阻抗的作用，若频率发生变化则需要重新设计滤波参数，给设计过程带来了极大地不便。

分数阶微积分理论是一种精确建模及分析的重要理论工具，它不仅能够精确模拟自然界的物理现象，例如在电力电子变换器中电感和电容的等效串联阻抗随频率变化的特性，而且可以将分数阶次作为附加的电路控制参数，提高电力电子电路的可控性，并为改善其性能提供可能。同时，采用分数阶微积分理论设计的控制器与整数阶相比具有更多的控制自由度，可以使电力电子电路具有区别于整数阶的电路特性以及更好的控制性能。

鉴于此，利用分数阶微积分理论提出一种分数阶D类半波整流器，并采用分数阶LC滤波器，通过在电路中引入分数元件的阶次作为额外的控制参数，增加滤波器的控制维度，提高滤波器的滤波性能；另一方面，分数阶次的引入对于D类半波整流器的频域性能也具有改善作用。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种分数阶D类半波整流器。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种分数阶D类半波整流器，包括交流电压源(v_R)、直流阻断电容(C_c)、变压器(T)、与变压器(T)连接的二极管整流电路、与所述二极管整流电路连接的低通滤波电路、与所述低通滤波电路并联的直流负载(R_L)；所述二极管整流电路包括并联的二极管(D₁)和二极管(D₂)，低通滤波电路包括相互串联的分数阶滤波电容(C_f)和分数阶滤波电感(L_f)，直流负载(R_L)接入分数阶滤波电容(C_f)，交流电压源(v_R)、交流电压源(v_R)经过直流阻断电容及变压器进行降压，然后通过二极管整流电路进行整流，最后经低通滤波电路滤波后向提供给直流负载(R_L)。

分数阶滤波电容阻抗的s域方程为：令s＝jω，则分数阶滤波电容的阻抗参数也可写作：其中，α为分数阶滤波电容的阶次，C为分数阶滤波电容的电容值，ω为角频率。

所述分数阶滤波电感阻抗的s域方程为：Z(s)＝s^βL，令s＝jω，则分数阶滤波电感的阻抗参数也可写作：其中，β为分数阶滤波电感的阶次，L为分数阶滤波电感的电感值。