現(xiàn)代開關(guān)電源整流器技術(shù)及其應用

黃允明

摘要：本文通過對整流器的的介紹，梳理其發(fā)展階段，并對不同技術(shù)的整流器技術(shù)性能進行初步介紹分析，期望為不同行業(yè)和不同用途下整流器的使用提供一定的參考。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和通信技術(shù)的日新月異，對各個行業(yè)提出不同的要求，電力行業(yè)也需要根據(jù)中國的整體目標，實現(xiàn)綠色化、節(jié)能化的發(fā)展，且高性能的低壓大電流電源需求增多，在此目標上，新型高效節(jié)能整流器的推廣和應用是大方向。

[關(guān)鍵詞]整流器 新型技術(shù) 開關(guān)電源

隨著科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品種類逐漸增多，數(shù)字化發(fā)展是未來科技發(fā)展的主體，電子技術(shù)的發(fā)展使得配套的裝置得到實際應用，如整流器的使用，它可以將交流轉(zhuǎn)換為直流電，與電力網(wǎng)接口為電子產(chǎn)品持續(xù)提供電力供應。整流器通常由二極管或晶閘管組成，并且是屬于高輸入電流諧波的非線性電路。輸入功率因數(shù)低和交流側(cè)電網(wǎng)電壓失真等缺陷被稱為電網(wǎng)污染的主要來源。三相高功率因數(shù)整流器技術(shù)通過新的拓撲結(jié)構(gòu)和控制策略改善電路的性能，減少電網(wǎng)污染，是現(xiàn)今研究的重點。本文試圖從整流器概念入手，簡要介紹整流器的發(fā)展過程，分析各階段的技術(shù)特點，研究具有節(jié)能特性的整流器產(chǎn)品性能和推廣方法，為整流器的發(fā)展指明方向。

1 整流器簡介

交流、直流電的轉(zhuǎn)換是通過整流器完成的，它屬于整流裝置，相反的轉(zhuǎn)換裝置稱為逆變器。除了執(zhí)行電流轉(zhuǎn)換之外，整流器還通過濾波向負載供電，或者向逆變器供電流，還可向充電電池提供電壓，即充電器。人們?nèi)粘Ｉ钪兴婕暗碾娮赢a(chǎn)品需要使用直流電，供電局提供的是交流電，因此人們使用的電子產(chǎn)品的電源供應器內(nèi)部都有利用整流器。整流器的主要組配部件是真空管，引燃管，固態(tài)矽半導體二極管，汞弧。節(jié)能燈和電子鎮(zhèn)流器的三極管損壞可能是由于貯存時間長，電路振蕩頻率降低，整機工作電流過高造成的。長貯存時間后可導致產(chǎn)品性能差，可靠性低，晶體管出現(xiàn)周期性尖峰，器件最終過熱損壞。同一線路上的三極管之間也應注意貯存時間不能差別過大，否則會引起器件損壞，電路產(chǎn)生諧波和電磁干擾，電子鎮(zhèn)流器應根據(jù)需求設置合適的三極管電壓參數(shù)。

根據(jù)發(fā)展時間和技術(shù)將整流器的發(fā)展氛圍五個階段。從20世紀60年代開始，它是一個相控整流器階段。該階段功率整流器件的核心是可控硅。但因其開關(guān)頻率低，體積大，重量和噪聲大，交流輸入變壓器易發(fā)熱等缺點，影響其使用的可靠性。因此，研究者們發(fā)明的第一代高頻開關(guān)整流器在20世紀80年代問世，該技術(shù)開關(guān)元件采用大功率晶體管，開關(guān)頻率得到提升，其體積，重量，噪聲與之前相比得到很大的改善，但諧波電流依然存在。基于該缺點而開發(fā)的第二、三代高頻開關(guān)整流器在90年代問世，它使用功率場效應管和絕緣柵功率晶體管替代了相控整流器，在效率和功率因數(shù)得到了很大的提升，進一步縮小了體積和重量，能耗和材料使用減小，降低了噪音，可靠性和智能化得到改善，網(wǎng)絡管理更加便捷。本世紀初，技術(shù)的發(fā)展帶來了軟開關(guān)技術(shù)的高頻電源，具有功耗低，溫度低，體積大，重量輕，環(huán)境要求低等特點。整流模塊的旋轉(zhuǎn)睡眠技術(shù)使電力系統(tǒng)運行最佳，省電，延長使用壽命。現(xiàn)在高效整流器的出現(xiàn)，是整流器發(fā)展的一大進步。高效模塊上的電路拓撲結(jié)構(gòu)的改進，大大提高了效率，損耗進一步縮小。減少電流通過元器件，降低發(fā)熱損耗，降低導通損耗，在高開關(guān)頻率和輕負載下提升整體效率，空載自動降頻，進一步減小了體積和重量，提高了系統(tǒng)可靠性。綜合比較整流器的進步，其發(fā)展方向主要是便捷化、易使用、體積更小、重量更輕、噪聲更低、智能化更高，與人們在生活上追求的電子產(chǎn)品的發(fā)展方向一致，也與社會綠色可持續(xù)發(fā)展方向相符合。

2 新型開關(guān)電源整流器技術(shù)

2.1 電流型零電壓開關(guān)節(jié)能整流器

電流型零電壓開關(guān)節(jié)能整流器是解決電流型脈沖寬度調(diào)制整流器高開關(guān)頻率下硬切換開關(guān)損耗的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)可在輸出電壓從零切換至最大穩(wěn)態(tài)值，輔助諧振電路位于直流環(huán)節(jié)，與直流母線并聯(lián)，僅一個輔助開關(guān)，可實現(xiàn)零電壓電流切換，保證整流器平穩(wěn)運行，減小輔助諧振電路損耗，改善工作效率。

2.2 同步整流器

傳統(tǒng)整流電路的導通壓降不能滿足低壓和大電流電源效率的要求，同步整流技術(shù)的出現(xiàn)可以解決這個問題。它是采用低導通電阻降低整流功耗，提高轉(zhuǎn)換器性能，并實現(xiàn)高功率效率和功率密度。它可分為次級同步整流器，半波整流器，全波整流器和雙電流同步整流器。相比之下，雙電流同步整流器最有最大優(yōu)勢。它的濾波電感可集成至主變壓器，減少元件數(shù)量和總體積可廣泛使用在推挽，半橋，全橋低壓和大電流電源，具有小的環(huán)流，低損耗，緊湊的電路設計和降低的寄生電感。

2.3 可控硅整流器

可控硅整流器可通過整流變壓器分級提高功率因素。它具有溫升低，噪音小，功率因素高，紋波系數(shù)為低的優(yōu)點。盡管省電率略低于高頻開關(guān)電源的省電率，但是沉積速度和活塞環(huán)的表面硬度更高，且可控硅整流器加入分級式節(jié)能整流后，效果得到更多改善，在高電流強度下，它基本上與開關(guān)電源的總功率，功率因數(shù)和功耗一致。另外，還有提高活塞表面硬度的換向整流器等，更多科學技術(shù)的應用，可以方便人們的日常生活。

3 結(jié)論

本文通過對整流器的概念和發(fā)展歷史入手，介紹目前開關(guān)電源整流器的幾種技術(shù)，發(fā)現(xiàn)與普通模塊相比，高效整流器顯示其優(yōu)勢，效率高，節(jié)能特征明顯。企業(yè)也可以根據(jù)行業(yè)和人們生活的需要個性化定制，為用戶設計出科學合理的開關(guān)電源整流器，達到高效，節(jié)能，環(huán)保，經(jīng)濟，適用的目的，在生產(chǎn)和生活中發(fā)揮積極的作用。

參考文獻

[1]關(guān)強華，黃建華，邱涌泉.無線基站開關(guān)電源整流器休眠節(jié)能技術(shù)[J].廣東通信技術(shù)，2017，37（09）：65-68.

[2]靳國庫。高頻開關(guān)電源整流器運行可靠性分析[J].電工技術(shù)，2010（01）：52-53.

[3]丁士啟，徐樹民，肖華根。一種PWM整流器直流側(cè)電壓新型控制方法[J].電器與能效管理技術(shù)，2016（06）：21-24.