使逆變焊機高效節(jié)能的電源設計方案

3 開關整流器SMR

大功率電源功率因數(shù)校正器的最好方案是開關整流器SMR(Switch Mode Rectifier)，開關整流器不但適合單相電源的功率因數(shù)校正，而且也適合于三相電源的功率因數(shù)校正。為簡單起見，只討論單相開關整流器，單相SMR的基本電路如圖6所示。

由圖6可知，開關整流器和Boost斬波器式的功率因數(shù)校正器的不同點是：將全波整流橋的一個臂用IGBT器件代替，同時電感移至交流電源線上，使它的工作條件由直流工作變?yōu)榻涣鞴ぷ?。另外，在L^c的前面還要加一級由k和Cr構成的高頻濾波器，組成了一個完整的開關整流器，它的工作過程可分為四個模式，如圖7所示。

(1)模式1：相對于交流市電的正半周，IGBT2導通，以IGBT2一VD2為短路通路，向電感充電積蓄能量;

(2)模式2：當IGBT2關斷后，以IGBTl的旁路二極管和VD：為通路，電感疊加在交流電源電壓上，向濾波電容器C和負載放電，如此，IGBT2以20kHz開關速度工作向負載輸送功率，等同于直流Boost;

(3)模式3：在交流電源的負半周。開通，以IGBT-一VD。為短路通路，使電感反向充電，積蓄能量;

(4)模式4：當IG肌l關斷后，以IGBT2的旁路二極管和VDl為通路，電感疊加在交流電壓上，向濾波電容器C和負載放電，與直流Boost相同，IGBT。和IGBT2的開關頻率是一樣的，兩者的PWM驅(qū)動波形也是一樣的，只是IGBTz在交流50 Hz電源的正半周連續(xù)開關工作，IGBTl關斷;IGBTl在交流50 Hz電源的負半周連續(xù)開關工作，IGBT：關斷。如此反復，圖8表示的開關整流器波形就是開關整流器的基本工作過程。

開關整流器SMR的控制方法和調(diào)整原理與有源功率因數(shù)校正器Boost的控制原理相同，都需要電壓環(huán)路和電流環(huán)路控制。電壓反饋放大器的輸出，與電流波形信號在乘法器中相乘以后，給出電流參考值(或稱給定信號)，在電流放大器中與電流反饋信號相比較放大后，電流放大器的輸出波形就是一個調(diào)制波(見圖8)，這個調(diào)制波的波形是經(jīng)過電流放大器放大并反相了的正弦整流電壓波形，其幅度由電壓負反饋回路的電壓放大器輸出決定，這個調(diào)制波信號與PWM調(diào)整器中的三角波載波比較后。產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號。在SMR中，驅(qū)動信號要以50 Hz交流過零點分為兩路，在50 Hz的正半周內(nèi)使IGBT2受驅(qū)動，ICr]玎1截止;在負半周內(nèi)使IC.B11I受驅(qū)動，IGBT2截止。IGBTl、IGBT2的驅(qū)動信號要經(jīng)過光耦或驅(qū)動變壓器的隔離放大環(huán)節(jié)處理后，才能驅(qū)動IGBT。

以上是對單相SMR的說明，參照單相電路，可引伸過渡到三相電源的SMR。

有源功率因數(shù)校正器Boost電路只適用于單相整流電路的應用，它對于三相整流負載，得不到有效的校正效果，只能起到單純的DE/DC Boost效果。大功率三相焊機電源的功率因數(shù)校正器。首選方案應當是三相電路的開關整流器(三相SMR)。

4 結(jié)論

有源功率因數(shù)校正是早已發(fā)展起來的技術，只是在焊機電源中還很少應用。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及國家相關標準的制訂和完善，它必將逐步地被人們認識和重視。有源功率因數(shù)校正器從表面上看，是一個在逆變器之外的獨立環(huán)節(jié)，增加了焊機電路的復雜性，增加了設計成本。但是，它使逆變器的直流母線電壓升高并穩(wěn)壓，這就顯著改善了逆變器的供電環(huán)境，提高了效率，也降低了成本。最重要的效果是，它可以使逆變焊機具有高達0.99的功率因數(shù)，對電網(wǎng)無污染，因而有助于提高供電質(zhì)量，達到高效、節(jié)能的效果，所以可以稱有源功率因數(shù)校正器是電網(wǎng)的綠化帶。