張兆鳳

（甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 低壓大電流開關(guān)電源的原理及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 低壓大電流開關(guān)電源的原理

采用交流單相220 V電源輸入，經(jīng)整流電路將交流轉(zhuǎn)換為直流，用電容器對該直流濾波后得到波紋系數(shù)較小的直流，然后經(jīng)高頻逆變器件逆變后得到高頻交流電壓，再由高頻變壓器降壓后得到低壓高頻交流電壓，最后經(jīng)整流濾波電路得到低壓直流。上述這種采用高頻開關(guān)方式（過程）進行電能變換的電源稱為開關(guān)電源。開關(guān)電源的能量變換過程邏輯如圖1所示。

圖1 開關(guān)電源的能量變換過程邏輯

1.2 低壓大電流開關(guān)電源的發(fā)展現(xiàn)狀

高頻開關(guān)電源自20世紀70年代突破20 kHz以來，隨著技術(shù)的進步，其產(chǎn)品的頻率一路飆升到500 kHz～1 MHz。世界上很多國家都在致力于MHz級的高頻開關(guān)電源的研究，我國在這方面的研究雖然較為滯后，但是已經(jīng)取得了一定的成果。

同步整流技術(shù)通過使用導通電阻極低（不大于3 mΩ）的MOSFET，替代傳統(tǒng)的二極管作為逆變后的整流器件，通過控制器產(chǎn)生與整流電壓相位同步的柵極驅(qū)動信號控制同步整流器正常工作，這種方法可以極大降低整流損耗，主要應(yīng)用于低壓大電流功率變換器中。

2 單相橋式全控整流電路的負載的性質(zhì)

整流電路的作用是將交流電能變換為直流電能，然后輸入給高頻逆變單元。按整流電路負載的性質(zhì)分為3種情況，第一種是帶電阻負載的工況，第二種是帶阻感負載的工況，第三種是帶反電動勢負載的工況。本設(shè)計選擇帶反電動勢負載時的工況，負載為蓄電池。圖2為帶反電動勢負載時原理及其電壓電流輸出波形圖。

圖2 單相橋式全控整流電路接反電動勢—電阻負載時的電路及波形

3 開關(guān)電源的核心部分

高頻逆變-變壓器-高頻整流電路是開關(guān)電源的核心部分。DC-DC變流電路分為直接直流變流電路(斬波電路）和間接直流變流電路兩種。直接直流變流電路輸入與輸出之間不隔離。本項目選用帶隔離的直流-直流變流電路，即間接直流變流電路。

4 帶隔離的直流-直流變流電路的分類

本設(shè)計選用雙端電路，其中分為半橋、全橋以及推挽電路，變壓器中的電流為正負對稱的交流電流。單端電路中變壓器流過的是直流脈動電流，其又分為正激電路和反激電路兩種形式。

4.1 半橋電路

半橋電路原理如圖3所示。

圖3 半橋電路的原理圖

電路圖中借助于電容器C1、C2和開關(guān)器件S1，S2組成一個橋型電路，橋的對角線分別接電源和變壓器原邊繞組。令C1=C2，那么電容器C1和C2的中點電壓為電源電壓的1/2，靠S1和S2的交替導通，變壓器一次側(cè)就獲得了1/2的電源電壓，所以稱之為半橋電路。

為了避免S1和S2開關(guān)元器件在換流時發(fā)生短暫的同時導通現(xiàn)象，從而造成電路短路損壞，所以S1和S2每個開關(guān)的占空比不能超過50%，并應(yīng)留有裕量。

4.2 全橋電路

全橋整流電路的原理如圖4所示。

圖4 全橋整流電路的原理圖

根據(jù)半橋和全橋整流電路的原理及各自的優(yōu)缺點，其各自適用范圍如表1所示。

表1 半橋、全橋整流電路各優(yōu)缺點比較一覽表

5 全波整流電路和全橋整流電路的分析

全波整流電路和全橋整流電路的分析區(qū)別如下。全波要求是對稱的雙交流輸入，全橋式只用一組交流，所以全波的交流電源波比全橋復雜，由此成本不同。全波整流電路原理及波形如圖5所示。

圖5 單相全波可控整流電路及波形

因為全波是雙交流，所以每只二極管承受兩倍反壓電壓，而全橋式的二極管只要承受一個反向電壓。全波用量是橋式的一半，此外全波的電流只通過一只二極管，而全橋式要通過兩只管，所以全波的小，橋式的大。

也因為上述的原因，全波比橋式輸出的電壓高，雖然二極管壓降很小，但在對極低的交流整流時還是可觀的。另外全橋和全波電路在工作中，各個二極管所流過的電流的平均值是電感L電流平均值的1/2。經(jīng)過對比，在輸出電壓較低的條件下（＜100 V)，宜選用全波整流電路，而在高壓輸出的條件下（＞100 )，宜采用全橋整流電路。本設(shè)計即采用全橋整流電路。

6 結(jié) 論

本文說明開關(guān)電源的整流電路選擇，寫出了整流電路的作用和分類。在當代社會的推動下，在追求更強更快的社會中，采用原始的電路拓撲要被優(yōu)勢更大的電路拓撲所淘汰，從對理想和考慮變壓器漏感的有源鉗位正激式變壓器的工作模態(tài)分析出，理想有源鉗位正激式變換器不存在直流偏置的問題，而在考慮變壓器漏感的作用下將產(chǎn)生直流偏置，因此需要在今后的研究中合理地設(shè)計變壓器和選擇IGBT，這也是目前需要著手解決的問題。