使逆变焊机高效节能的电源设计方案

3 开关整流器SMR

大功率电源功率因数校正器的最好方案是开关整流器SMR(Switch Mode Rectifier)，开关整流器不但适合单相电源的功率因数校正，而且也适合于三相电源的功率因数校正。为简单起见，只讨论单相开关整流器，单相SMR的基本电路如图6所示。

由图6可知，开关整流器和Boost斩波器式的功率因数校正器的不同点是：将全波整流桥的一个臂用IGBT器件代替，同时电感移至交流电源线上，使它的工作条件由直流工作变为交流工作。另外，在L^c的前面还要加一级由k和Cr构成的高频滤波器，组成了一个完整的开关整流器，它的工作过程可分为四个模式，如图7所示。

(1)模式1：相对于交流市电的正半周，IGBT2导通，以IGBT2一VD2为短路通路，向电感充电积蓄能量;

(2)模式2：当IGBT2关断后，以IGBTl的旁路二极管和VD：为通路，电感叠加在交流电源电压上，向滤波电容器C和负载放电，如此，IGBT2以20kHz开关速度工作向负载输送功率，等同于直流Boost;

(3)模式3：在交流电源的负半周。开通，以IGBT-一VD。为短路通路，使电感反向充电，积蓄能量;

(4)模式4：当IG肌l关断后，以IGBT2的旁路二极管和VDl为通路，电感叠加在交流电压上，向滤波电容器C和负载放电，与直流Boost相同，IGBT。和IGBT2的开关频率是一样的，两者的PWM驱动波形也是一样的，只是IGBTz在交流50 Hz电源的正半周连续开关工作，IGBTl关断;IGBTl在交流50 Hz电源的负半周连续开关工作，IGBT：关断。如此反复，图8表示的开关整流器波形就是开关整流器的基本工作过程。

开关整流器SMR的控制方法和调整原理与有源功率因数校正器Boost的控制原理相同，都需要电压环路和电流环路控制。电压反馈放大器的输出，与电流波形信号在乘法器中相乘以后，给出电流参考值(或称给定信号)，在电流放大器中与电流反馈信号相比较放大后，电流放大器的输出波形就是一个调制波(见图8)，这个调制波的波形是经过电流放大器放大并反相了的正弦整流电压波形，其幅度由电压负反馈回路的电压放大器输出决定，这个调制波信号与PWM调整器中的三角波载波比较后。产生PWM驱动信号。在SMR中，驱动信号要以50 Hz交流过零点分为两路，在50 Hz的正半周内使IGBT2受驱动，ICr]玎1截止;在负半周内使IC.B11I受驱动，IGBT2截止。IGBTl、IGBT2的驱动信号要经过光耦或驱动变压器的隔离放大环节处理后，才能驱动IGBT。

以上是对单相SMR的说明，参照单相电路，可引伸过渡到三相电源的SMR。

有源功率因数校正器Boost电路只适用于单相整流电路的应用，它对于三相整流负载，得不到有效的校正效果，只能起到单纯的DE/DC Boost效果。大功率三相焊机电源的功率因数校正器。首选方案应当是三相电路的开关整流器(三相SMR)。

4 结论

有源功率因数校正是早已发展起来的技术，只是在焊机电源中还很少应用。随着我国经济的发展以及国家相关标准的制订和完善，它必将逐步地被人们认识和重视。有源功率因数校正器从表面上看，是一个在逆变器之外的独立环节，增加了焊机电路的复杂性，增加了设计成本。但是，它使逆变器的直流母线电压升高并稳压，这就显着改善了逆变器的供电环境，提高了效率，也降低了成本。最重要的效果是，它可以使逆变焊机具有高达0.99的功率因数，对电网无污染，因而有助于提高供电质量，达到高效、节能的效果，所以可以称有源功率因数校正器是电网的绿化带。