開關(guān)電源中的整流電路工作原理及其意義

　　三相橋式全控整流電路的工作原理：

　　1.三相橋式全控整流電路在任何時(shí)刻都必須有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通，而且這兩個(gè)晶閘管一個(gè)是共陰極組，另一個(gè)是共陽(yáng)極組的，只有它們能同時(shí)導(dǎo)通，才能形成導(dǎo)電回路。

　　2. 三相橋式全控整流電路就是兩組三相半波整流電路的串聯(lián)，所以與三相半波整流電路一樣，對(duì)于共陰極組觸發(fā)脈沖的要求是保證晶閘管KPl、KP3和KP5依次導(dǎo)通，因此它們的觸發(fā)脈沖之間的相位差應(yīng)為120。對(duì)于共陽(yáng)極組觸發(fā)脈沖的要求是保證晶閘管KP2、KP4和KP6依次導(dǎo)通，因此它們的觸發(fā)脈沖之間的相位差也是120。

　　3.由于共陰極的晶閘管是在正半周觸發(fā)，共陽(yáng)極組是在負(fù)半周觸發(fā)，因此接在同一相的兩個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖的相位應(yīng)該相差180。

　　4. 三相橋式全控整流電路每隔60?有一個(gè)晶閘管要換流，由上一號(hào)晶閘管換流到下一號(hào)晶閘管觸發(fā)，觸發(fā)脈沖的順序是：1、2、3、4、5、6、1，依次下去。相鄰兩脈沖的相位差是60。

　　5.由于電流斷續(xù)后，能夠使晶閘管再次導(dǎo)通，必須對(duì)兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對(duì)晶閘管同時(shí)有觸發(fā)脈沖。為了達(dá)到這個(gè)目的，可以采取兩種辦法;一種是使每個(gè)脈沖的寬度大于60(必須小于120)，一般取80～100，稱為寬脈沖觸發(fā)。另一種是在觸發(fā)某一號(hào)晶閘管時(shí)，同時(shí)給前一號(hào)晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖，使共陰極組和共陽(yáng)極組的兩個(gè)應(yīng)導(dǎo)通的晶閘管上都有觸發(fā)脈沖，相當(dāng)于兩個(gè)窄脈沖等效地代替大于60的寬脈沖。這種方法稱雙脈沖觸發(fā)。

　　6.整流輸出的電壓，也就是負(fù)載上的電壓。整流輸出的電壓應(yīng)該是兩相電壓相減后的波形，實(shí)際上都屬于線電壓，波頭uab、uac、ubc、uba、uca、ucb均為線電壓的一部分，是上述線電壓的包絡(luò)線。相電壓的交點(diǎn)與線電壓的交點(diǎn)在同一角度位置上，故線電壓的交點(diǎn)同樣是自然換相點(diǎn)，同時(shí)亦可看出，三相橋式全控的整流電壓在一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)六次，脈動(dòng)頻率為6 &TImes; 50=300赫，比三相半波時(shí)大一倍。

　　7.晶閘管所承受的電壓。三相橋式整流電路在任何瞬間僅有二臂的元件導(dǎo)通，其余四臂的元件均承受變化著的反向電壓。例如在第(1)段時(shí)期，KP1和KP6導(dǎo)通，此時(shí)KP3和KP4，承受反向線電壓uba=ub-ua。KP2承受反向線電壓ubc=ub-uc。KP5承受反向線電壓uca=uc-ua。晶閘管所受的反向最大電壓即為線電壓的峰值。當(dāng)α從零增大的過(guò)程中，同樣可分析出晶閘管承受的最大正向電壓也是線電壓的峰值。

　　開關(guān)電源為何要使用整流電路?

　　整流電路是組成開關(guān)電源的主要部分，整流電路有單相半波、單相全波、單相橋、倍壓整流和多相整流等形式，這些整流電路都可以用于開關(guān)電源電路中，只是開關(guān)電源整流電路的工作頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通線性穩(wěn)壓電源的整流電路。

　　1.恒功率整流器

　　在普通的限流型整流器中，有恒壓型整流器和恒流型整流器之分。在恒壓整流器中，其輸出電壓保持不變;而在恒流型整流器中，其輸出電流保持不變，如果負(fù)載電流超過(guò)限流值，整流器輸出電壓將隨電流的增加迅速下降，甚至整流器過(guò)流而關(guān)斷。

　　在恒流型限流整流器中，其額定電流、限定和過(guò)流值三個(gè)電流值相當(dāng)接近。功率整流器在交流輸入電壓和直流輸出電壓的變化范圍內(nèi)均能給出額定功率。恒功率整流器與普通限流型整流器的不同之處是它有三個(gè)不同的輸出階段，即在恒壓階段和恒流階段中插入了一個(gè)恒功率階段，恒壓階段和恒流的工作情況與普通限流型整流器完全相同，恒功率階段是普通限流型整流器所沒(méi)有的，有了恒功率階段便可保持整流器輸出功率不變。

　　當(dāng)普通的限流型整流器的輸出電流超過(guò)限定值時(shí)，輸出電壓會(huì)大幅降低，不能保證輸出功率不變。但在恒功率整流器中，當(dāng)輸出電流超過(guò)限定值時(shí)，輸出電壓也會(huì)下降，但降低的速度不像限流型整流器那么快，仍可保持其輸出功率不變，維持電子設(shè)備正常工作。所以在采用恒功率整流器的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，只考慮電子設(shè)備的最大負(fù)載和整流器的冗余，以確定開關(guān)電源的而定輸出功率，也隨之確定了輸出電壓和輸出電流的調(diào)整范圍。

　　2.倍流整流器

　　倍流整流器由高頻變壓器副邊、兩個(gè)電感器、兩個(gè)整流二極管和輸出電容器組成。倍流整流器的特點(diǎn)是高頻變壓器副邊繞組沒(méi)有中心抽頭，兩個(gè)濾波電感器繞制在同一個(gè)磁芯上，其電感量相同。這樣，流過(guò)變壓器副邊繞組和兩個(gè)電感器的電流只是輸出負(fù)載電流的一半，從而大大簡(jiǎn)化了高頻變壓器很濾波電感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸，倍流整流器的輸出電流是兩個(gè)濾波電感器電流之和，而兩個(gè)濾波電感器電流的脈沖波動(dòng)是相互抵消的，所以倍流整流器可以得到脈沖電流很小的直流輸出。

　　3.同步整流器

　　高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和筆記本電腦需要低電壓的超大規(guī)模高速集成電路IC，使得電源的整流損耗變成了主要損耗，比如，以往DC/DC變換器采用硅肖特基二極管作為輸出整流二極管，DC/DC變換器正常工作時(shí)，硅肖特基二極管的正向壓降為0.4V~0.6V，而DC/DC變換器的輸出電壓為5V左右;當(dāng)輸出電流較大時(shí)，硅肖特基上的功耗很大，DC/DC變換器的效率大大降低?，F(xiàn)在高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的電源電壓已經(jīng)降到3V左右，甚至是1.5V~1.8V，顯然用硅肖特基二極管作為輸出整流時(shí)，效率更低。

　　研究顯示，大約有22%的功率消耗在硅肖特基二極管上。為了提高效率，現(xiàn)采用了具有低導(dǎo)通電阻的MOSFET器件進(jìn)行整流，由于MOSFET的正向壓降小，目前MOSFET已成功的用于整流電路，大大提高了變換器的效率并且不存在由肖特基勢(shì)壘電壓而造成的死區(qū)電壓。MOSFET屬于電壓控制型器件，它在導(dǎo)通時(shí)的伏安特性呈線性關(guān)系。用功率MOSFET做整流器時(shí)，要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱之為同步整流。 用于同步整流的MOSFET開關(guān)器件稱為同步整流管SR。優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)通電阻小，可做到毫歐量級(jí)，正向壓降小，功率變換器的效率高，同時(shí)還有阻斷電壓高、反向電流小等優(yōu)點(diǎn)，所以在大功率、低輸出電壓的功率變換器中被廣泛采用。