功率變換電路

　　從電能變換功能來看，有下列四類:

　　(1)將交流電變?yōu)橹绷麟姡�即AC/DC變換。實(shí)現(xiàn)這一功能的變換電路，一般稱為整流電路或整流器。

　　(2)將直流電變?yōu)榻涣麟�，即DC/AC變換。實(shí)現(xiàn)這一功能的變換電路，一般稱為逆變電路或逆變器。

　　(3)將一種直流電變?yōu)榱硪环N直流電，即DC/DC變換。通過這種變換實(shí)現(xiàn)直流電壓(電流)的幅值或極性的改變，一般稱為直流/直流變換電路或DC/DC變換器。

　　(4)將一種交流電變?yōu)榱硪环N交流電，即AC/AC變換。通過這種變換實(shí)現(xiàn)交流電壓(電流)、頻率的變換，前者稱為交流調(diào)壓電路(例如穩(wěn)壓器、穩(wěn)流器)，后者稱為變頻電路(或變頻器)，有時(shí)也需要改變相數(shù)(例如單相變?nèi)�相或三相變單相�?。

　　上述四種變換電路就其技術(shù)而言統(tǒng)稱為"變流技術(shù)"，其電路可以單一使用，也可以組合使用，例如常用的一種變換形式，將工頻市電(單相或三相)直接進(jìn)行整流變成直流電，通過逆變電路使其變成高頻交流電(脈沖寬度可調(diào)的正負(fù)矩形脈沖或脈沖頻率可調(diào)的準(zhǔn)正弦脈沖)，再通過整流變成直流電供給負(fù)載。在高頻變換環(huán)節(jié)，通過脈寬調(diào)制實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓的穩(wěn)定。這就是目前常用的高頻開關(guān)電源的電路模式，采用的是組合變換方式(內(nèi)有兩次整流和一次逆變)。

　　控制方式

　　在變換過程中，除了使功率器件工作在線性狀態(tài)以外，經(jīng)常工作在開關(guān)狀態(tài)，按設(shè)定的時(shí)序，在控制信號(hào)作用下實(shí)現(xiàn)電能的變換。在器件的工作過程中將伴隨著各個(gè)支路間電流的轉(zhuǎn)移，故有時(shí)簡稱為"換流"。對(duì)于由半控型器件組成的電路，由于器件本身無關(guān)斷能力，常常在換流過程中借助外部條件來關(guān)斷處于導(dǎo)通狀態(tài)的器件。換流成功是半控型電路正常工作的必要條件，因而換流過程是這類電路分析的主要內(nèi)容，換流技術(shù)便是這類變換技術(shù)的核心。

　　在Ac/OC變換過程中常常引人高頻變換環(huán)節(jié)，達(dá)到縮小電源設(shè)備體積、減輕重量、提高效率、改善動(dòng)態(tài)特性等目的，轉(zhuǎn)換頻率一般為幾十千赫至幾百千赫。m世紀(jì)70年代將由50Hz交流市電供電的直流線性穩(wěn)壓電源發(fā)展到開關(guān)頻率為卻證b的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，被譽(yù)為"卻kHz革命"，然而僅僅經(jīng)過10多年的時(shí)間，開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換頻率已經(jīng)達(dá)到劃出以上。

　　對(duì)于各種變換電路的控制方式，可以歸納為下列三種:

　　(1)相(位)控(制)方式:指控制信號(hào)幅度的變化轉(zhuǎn)換成變流器件觸發(fā)脈沖相位的變化，在整流電源或交流穩(wěn)壓電源中常用這種控制方式。

　　(2)頻(率)控(制)方式:指控制信號(hào)幅度的變化轉(zhuǎn)換成變流器件觸發(fā)脈沖頻率的變化，在逆變電源中常用這種控制方式。

　　(3)斬(波)控(制)方式:指控制信號(hào)幅度的變化轉(zhuǎn)換成變流器件"導(dǎo)通時(shí)間比"的變化，在直流變換電路中常用這種控制方式。

　　上述三種控制方式也可以組合使用，例如斬波與頻率控制同時(shí)采用時(shí)，構(gòu)成正弦波脈沖寬度調(diào)制方式(Sinewave-PWM簡稱SPWM)，在交流變換器中常用這種控制方式。

　　電源系統(tǒng)的組成

　　一般電源系統(tǒng)的組成情況，由市電(電網(wǎng))或蓄電池或太陽能或燃油發(fā)電機(jī)提供能源;整流設(shè)備將市電或發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電變換成直流電，或把蓄電池的直流電變換成其他電壓的直流電送至直流配電屏;將市電或發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電通過穩(wěn)壓設(shè)備送至交流配電屏;為了提高供電的可靠性，在電源系統(tǒng)中設(shè)有不間斷電源(ups)，在市電中斷時(shí)，它的能源由蓄電池或燃油發(fā)電機(jī)供給，其輸出

　　送至交流配電屏;為了安全供電，設(shè)有雷電防護(hù)裝置，它對(duì)整流設(shè)備、交流穩(wěn)壓設(shè)備、ups及發(fā)電機(jī)均起保護(hù)作用。圖中整流設(shè)備、ups及太陽能均能對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。

　　這個(gè)系統(tǒng)圖較好地說明了各種設(shè)備之間的關(guān)系。當(dāng)然，為了進(jìn)一步提高供電的可靠性，還可以設(shè)置備用設(shè)備、智能監(jiān)控、顯示報(bào)警等環(huán)節(jié)。

　　電源技術(shù)對(duì)科學(xué)技術(shù)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有明顯的促進(jìn)作用，世界各國都很重視這一技術(shù)的發(fā)展。我國的電源技術(shù)緊跟國際先進(jìn)水平，近20年來已有長足的進(jìn)步�？偟陌l(fā)展趨勢(shì)是:

　　(1)功率半導(dǎo)體器件:重點(diǎn)發(fā)展全控型功率器件，目前功率MOSFET和1GBT等器件在迅速發(fā)展，因?yàn)檫@種器件具有自關(guān)斷能力，可以取消原來半控型器件采用的換流電路，從而具有簡化電路、提高可靠性、增加效率、降低成本等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能提高開關(guān)工作頻率，取得進(jìn)一步減小體積重量、改善輸出波形、降低噪聲等良好效果。

　　功率半導(dǎo)體器件，繼續(xù)向提高容量、改善動(dòng)態(tài)性能，向模塊式、組合式方向發(fā)展。

　　(2)功率變換電路:目前廣泛采用的全控型器件和脈寬調(diào)制(PWM)方式，并且采用源側(cè)功率因數(shù)校正(PFC)電路，使輸入電流正弦化，從而節(jié)約電能、減小對(duì)電網(wǎng)的干擾，克服了相控方式輸入功率因數(shù)較低的缺點(diǎn)。

　　目前推廣采用的諧振型軟開關(guān)等新型電路，使開關(guān)電源的工作頻率由百千赫級(jí)發(fā)展到兆赫級(jí)，進(jìn)一步提高效率，使電源設(shè)備小型化，顯著降低紋波電壓，從而提高了電源性能。

　　從控制手段來看，由原來的分立元件和中小規(guī)模集成電路組成的硬件電路發(fā)展為由微處理器和單片機(jī)組成的軟件控制方式，從而達(dá)到較高的數(shù)字化和智能化程度，并且進(jìn)一步提高電源設(shè)備的可靠性。

　　由上述可見，電源技術(shù)在迅速發(fā)展，它將為生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步作出更大的貢獻(xiàn)。