現代開關電源整流器技術及其應用

黃允明

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

[關鍵詞]整流器 新型技術 開關電源

隨著科技的發展，電子產品種類逐漸增多，數字化發展是未來科技發展的主體，電子技術的發展使得配套的裝置得到實際應用，如整流器的使用，它可以將交流轉換為直流電，與電力網接口為電子產品持續提供電力供應。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。輸入功率因數低和交流側電網電壓失真等缺陷被稱為電網污染的主要來源。三相高功率因數整流器技術通過新的拓撲結構和控制策略改善電路的性能，減少電網污染，是現今研究的重點。本文試圖從整流器概念入手，簡要介紹整流器的發展過程，分析各階段的技術特點，研究具有節能特性的整流器產品性能和推廣方法，為整流器的發展指明方向。

1 整流器簡介

交流、直流電的轉換是通過整流器完成的，它屬于整流裝置，相反的轉換裝置稱為逆變器。除了執行電流轉換之外，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。人們日常生活中所涉及的電子產品需要使用直流電，供電局提供的是交流電，因此人們使用的電子產品的電源供應器內部都有利用整流器。整流器的主要組配部件是真空管，引燃管，固態矽半導體二極管，汞弧。節能燈和電子鎮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品性能差，可靠性低，晶體管出現周期性尖峰，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，電路產生諧波和電磁干擾，電子鎮流器應根據需求設置合適的三極管電壓參數。

根據發展時間和技術將整流器的發展氛圍五個階段。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。但因其開關頻率低，體積大，重量和噪聲大，交流輸入變壓器易發熱等缺點，影響其使用的可靠性。因此，研究者們發明的第一代高頻開關整流器在20世紀80年代問世，該技術開關元件采用大功率晶體管，開關頻率得到提升，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?；谠撊秉c而開發的第二、三代高頻開關整流器在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，網絡管理更加便捷。本世紀初，技術的發展帶來了軟開關技術的高頻電源，具有功耗低，溫度低，體積大，重量輕，環境要求低等特點。整流模塊的旋轉睡眠技術使電力系統運行最佳，省電，延長使用壽命。現在高效整流器的出現，是整流器發展的一大進步。高效模塊上的電路拓撲結構的改進，大大提高了效率，損耗進一步縮小。減少電流通過元器件，降低發熱損耗，降低導通損耗，在高開關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，提高了系統可靠性。綜合比較整流器的進步，其發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品的發展方向一致，也與社會綠色可持續發展方向相符合。

2 新型開關電源整流器技術

2.1 電流型零電壓開關節能整流器

電流型零電壓開關節能整流器是解決電流型脈沖寬度調制整流器高開關頻率下硬切換開關損耗的關鍵技術。該技術可在輸出電壓從零切換至最大穩態值，輔助諧振電路位于直流環節，與直流母線并聯，僅一個輔助開關，可實現零電壓電流切換，保證整流器平穩運行，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，同步整流技術的出現可以解決這個問題。它是采用低導通電阻降低整流功耗，提高轉換器性能，并實現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勢。它的濾波電感可集成至主變壓器，減少元件數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，紋波系數為低的優點。盡管省電率略低于高頻開關電源的省電率，但是沉積速度和活塞環的表面硬度更高，且可控硅整流器加入分級式節能整流后，效果得到更多改善，在高電流強度下，它基本上與開關電源的總功率，功率因數和功耗一致。另外，還有提高活塞表面硬度的換向整流器等，更多科學技術的應用，可以方便人們的日常生活。

3 結論

本文通過對整流器的概念和發展歷史入手，介紹目前開關電源整流器的幾種技術，發現與普通模塊相比，高效整流器顯示其優勢，效率高，節能特征明顯。企業也可以根據行業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電源整流器，達到高效，節能，環保，經濟，適用的目的，在生產和生活中發揮積極的作用。

參考文獻

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