開關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：

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　　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，只有它們能同時導通，才能形成導電迴路。

　　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，所以與三相半波整流電路一樣，對於共陰極組觸發脈衝的要求是保證晶閘管KPl、KP3和KP5依次導通，因此它們的觸發脈衝之間的相位差應為120。對於共陽極組觸發脈衝的要求是保證晶閘管KP2、KP4和KP6依次導通，因此它們的觸發脈衝之間的相位差也是120。

　　3.由於共陰極的晶閘管是在正半周觸發，共陽極組是在負半周觸發，因此接在同一相的兩個晶閘管的觸發脈衝的相位應該相差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，觸發脈衝的順序是：1、2、3、4、5、6、1，依次下去。相鄰兩脈衝的相位差是60。

　　5.由於電流斷續後，能夠使晶閘管再次導通，必須對兩組中應導通的一對晶閘管同時有觸發脈衝。為了達到這個目的，可以採取兩種辦法;一種是使每個脈衝的寬度大於60(必須小於120)，一般取80～100，稱為寬脈衝觸發。另一種是在觸發某一號晶閘管時，同時給前一號晶閘管補發一個脈衝，使共陰極組和共陽極組的兩個應導通的晶閘管上都有觸發脈衝，相當於兩個窄脈衝等效地代替大於60的寬脈衝。這種方法稱雙脈衝觸發。

　　6.整流輸出的電壓，也就是負載上的電壓。整流輸出的電壓應該是兩相電壓相減後的波形，實際上都屬於線電壓，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通，其餘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。

　　開關電源為何要使用整流電路?

　　整流電路是組成開關電源的主要部分，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於開關電源電路中，只是開關電源整流電路的工作頻率要遠遠高於普通線性穩壓電源的整流電路。

　　1.恆功率整流器

　　在普通的限流型整流器中，有恆壓型整流器和恆流型整流器之分。在恆壓整流器中，其輸出電壓保持不變;而在恆流型整流器中，其輸出電流保持不變，如果負載電流超過限流值，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斷。

　　在恆流型限流整流器中，其額定電流、限定和過流值三個電流值相當接近。功率整流器在交流輸入電壓和直流輸出電壓的變化範圍內均能給出額定功率。恆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，即在恆壓階段和恆流階段中插入了一個恆功率階段，恆壓階段和恆流的工作情況與普通限流型整流器完全相同，恆功率階段是普通限流型整流器所沒有的，有了恆功率階段便可保持整流器輸出功率不變。

　　當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。但在恆功率整流器中，當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麼快，仍可保持其輸出功率不變，維持電子設備正常工作。所以在採用恆功率整流器的開關電源的設計中，只考慮電子設備的最大負載和整流器的冗餘，以確定開關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整範圍。

　　2.倍流整流器

　　倍流整流器由高頻變壓器副邊、兩個電感器、兩個整流二極體和輸出電容器組成。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構設計和尺寸，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衝波動是相互抵消的，所以倍流整流器可以得到脈衝電流很小的直流輸出。

　　3.同步整流器

　　高速數據處理系統和筆記本電腦需要低電壓的超大規模高速集成電路IC，使得電源的整流損耗變成了主要損耗，比如，以往DC/DC變換器採用矽肖特基二極體作為輸出整流二極體，DC/DC變換器正常工作時，矽肖特基二極體的正向壓降為0.4V~0.6V，而DC/DC變換器的輸出電壓為5V左右;當輸出電流較大時，矽肖特基上的功耗很大，DC/DC變換器的效率大大降低。現在高速數據處理系統的電源電壓已經降到3V左右，甚至是1.5V~1.8V，顯然用矽肖特基二極體作為輸出整流時，效率更低。

　　研究顯示，大約有22%的功率消耗在矽肖特基二極體上。為了提高效率，現採用了具有低導通電阻的MOSFET器件進行整流，由於MOSFET的正向壓降小，目前MOSFET已成功的用於整流電路，大大提高了變換器的效率並且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區電壓。MOSFET屬於電壓控制型器件，它在導通時的伏安特性呈線性關係。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。 用於同步整流的MOSFET開關器件稱為同步整流管SR。優點是導通電阻小，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、反向電流小等優點，所以在大功率、低輸出電壓的功率變換器中被廣泛採用。