使逆變焊機高效節能的電源設計方案

3 開關整流器SMR

大功率電源功率因數校正器的最好方案是開關整流器SMR(Switch Mode Rectifier)，開關整流器不但適合單相電源的功率因數校正，而且也適合于三相電源的功率因數校正。為簡單起見，只討論單相開關整流器，單相SMR的基本電路如圖6所示。

由圖6可知，開關整流器和Boost斬波器式的功率因數校正器的不同點是：將全波整流橋的一個臂用IGBT器件代替，同時電感移至交流電源線上，使它的工作條件由直流工作變為交流工作。另外，在L^c的前面還要加一級由k和Cr構成的高頻濾波器，組成了一個完整的開關整流器，它的工作過程可分為四個模式，如圖7所示。

(1)模式1：相對于交流市電的正半周，IGBT2導通，以IGBT2一VD2為短路通路，向電感充電積蓄能量;

(2)模式2：當IGBT2關斷后，以IGBTl的旁路二極管和VD：為通路，電感疊加在交流電源電壓上，向濾波電容器C和負載放電，如此，IGBT2以20kHz開關速度工作向負載輸送功率，等同于直流Boost;

(3)模式3：在交流電源的負半周。開通，以IGBT-一VD。為短路通路，使電感反向充電，積蓄能量;

(4)模式4：當IG肌l關斷后，以IGBT2的旁路二極管和VDl為通路，電感疊加在交流電壓上，向濾波電容器C和負載放電，與直流Boost相同，IGBT。和IGBT2的開關頻率是一樣的，兩者的PWM驅動波形也是一樣的，只是IGBTz在交流50 Hz電源的正半周連續開關工作，IGBTl關斷;IGBTl在交流50 Hz電源的負半周連續開關工作，IGBT：關斷。如此反復，圖8表示的開關整流器波形就是開關整流器的基本工作過程。

開關整流器SMR的控制方法和調整原理與有源功率因數校正器Boost的控制原理相同，都需要電壓環路和電流環路控制。電壓反饋放大器的輸出，與電流波形信號在乘法器中相乘以后，給出電流參考值(或稱給定信號)，在電流放大器中與電流反饋信號相比較放大后，電流放大器的輸出波形就是一個調制波(見圖8)，這個調制波的波形是經過電流放大器放大并反相了的正弦整流電壓波形，其幅度由電壓負反饋回路的電壓放大器輸出決定，這個調制波信號與PWM調整器中的三角波載波比較后。產生PWM驅動信號。在SMR中，驅動信號要以50 Hz交流過零點分為兩路，在50 Hz的正半周內使IGBT2受驅動，ICr]玎1截止;在負半周內使IC.B11I受驅動，IGBT2截止。IGBTl、IGBT2的驅動信號要經過光耦或驅動變壓器的隔離放大環節處理后，才能驅動IGBT。

以上是對單相SMR的說明，參照單相電路，可引伸過渡到三相電源的SMR。

有源功率因數校正器Boost電路只適用于單相整流電路的應用，它對于三相整流負載，得不到有效的校正效果，只能起到單純的DE/DC Boost效果。大功率三相焊機電源的功率因數校正器。首選方案應當是三相電路的開關整流器(三相SMR)。

4 結論

有源功率因數校正是早已發展起來的技術，只是在焊機電源中還很少應用。隨著我國經濟的發展以及國家相關標準的制訂和完善，它必將逐步地被人們認識和重視。有源功率因數校正器從表面上看，是一個在逆變器之外的獨立環節，增加了焊機電路的復雜性，增加了設計成本。但是，它使逆變器的直流母線電壓升高并穩壓，這就顯著改善了逆變器的供電環境，提高了效率，也降低了成本。最重要的效果是，它可以使逆變焊機具有高達0.99的功率因數，對電網無污染，因而有助于提高供電質量，達到高效、節能的效果，所以可以稱有源功率因數校正器是電網的綠化帶。