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刻都必須有兩個晶閘管導(dǎo)通，而且這兩個晶閘管一個是共陰極組，另一個是共陽極組的，只有它們能同時導(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。對于共陽極組觸發(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)，共陽極組是在負(fù)半周觸發(fā)，因此接在同一相的兩個晶閘管的觸發(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?有一個晶閘管要換流，由上一號晶閘管換流到下一號晶閘管觸發(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，必須對兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對晶閘管同時有觸發(fā)脈沖。為了達(dá)到這個目的，可以采取兩種辦法;一種是使每個脈沖的寬度大于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)某一號晶閘管時，同時給前一號晶閘管補(bǔ)發(fā)一個脈沖，使共陰極組和共陽極組的兩個應(yīng)導(dǎo)通的晶閘管上都有觸發(fā)脈沖，相當(dāng)于兩個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。相電壓的交點與線電壓的交點在同一角度位置上，故線電壓的交點同樣是自然換相點，同時亦可看出，三相橋式全控的整流電壓在一個周期內(nèi)脈動六次，脈動頻率為6 &TImes; 50=300赫，比三相半波時大一倍。

　　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)段時期，KP1和KP6導(dǎo)通，此時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，甚至整流器過流而關(guān)斷。

　　在恒流型限流整流器中，其額定電流、限定和過流值三個電流值相當(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不同的輸出階段，即在恒壓階段和恒流階段中插入了一個恒功率階段，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限定值時，輸出電壓會大幅降低，不能保證輸出功率不變。但在恒功率整流器中，當(dāng)輸出電流超過限定值時，輸出電壓也會下降，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、兩個電感器、兩個整流二極管和輸出電容器組成。倍流整流器的特點是高頻變壓器副邊繞組沒有中心抽頭，兩個濾波電感器繞制在同一個磁芯上，其電感量相同。這樣，流過變壓器副邊繞組和兩個電感器的電流只是輸出負(fù)載電流的一半，從而大大簡化了高頻變壓器很濾波電感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸，倍流整流器的輸出電流是兩個濾波電感器電流之和，而兩個濾波電感器電流的脈沖波動是相互抵消的，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，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，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，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)通時的伏安特性呈線性關(guān)系。用功率MOSFET做整流器時，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)點是導(dǎo)通電阻小，可做到毫歐量級，正向壓降小，功率變換器的效率高，同時還有阻斷電壓高、反向電流小等優(yōu)點，所以在大功率、低輸出電壓的功率變換器中被廣泛采用。