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整流器
把交流電轉(zhuǎn)換成直流電的裝置
基本信息
| 中文名 | 整流器 |
| 外文名 | rectifier |
| 類別 | 電流轉(zhuǎn)換裝置 |
| 功能 | 供電裝置及偵測無線電信號 |
| 組成 | 真空管 ，引燃管，汞弧等 |
工作原理
整流器
半導(dǎo)體PN結(jié)在正向偏置時(shí)電流很大，反向偏置時(shí)電流很小。整流二極管就是利用PN結(jié)的這種單向?qū)щ娞匦詫⒔涣麟娏髯優(yōu)橹绷鞯囊环NPN結(jié)二極管。通常把電流容量在1安以下的器件稱為整流二極管，1安以上的稱為整流器。常用的半導(dǎo)體整流器有硅整流器和硒整流器，產(chǎn)品規(guī)格很多，電壓從幾十伏到幾千伏，電流從幾安到幾千安。整流器廣泛用于各種形式的整流電源中。大功率整流電源要求整流器的電流容量大、擊穿電壓高、散熱性能好，但這種器件的結(jié)面積大、結(jié)電容大，因而工作頻率很低，一般在幾十千赫以下。硅材料的禁帶寬度較大，導(dǎo)熱性能良好，適于制作大功率整流器件。在耐高壓的整流裝置中常采用高壓硅堆，它由多個(gè)整流器件的管芯串聯(lián)組成，其反向耐壓由管芯的耐壓及串聯(lián)管芯數(shù)決定，最高耐壓可達(dá)幾百千伏。如果高頻整流電路用于很高頻率下，當(dāng)交流電壓的周期與整流器通態(tài)到關(guān)態(tài)的恢復(fù)時(shí)間相當(dāng)時(shí)，整流器對高頻電壓不再起整流作用。為適應(yīng)高頻工作的需要，通常在硅整流器中采用摻金的方法，以縮短注入少數(shù)載流子的壽命，從而達(dá)到減小恢復(fù)時(shí)間的目的。
作用
整流器是一個(gè)整流裝置，簡單的說就是將交流（AC）轉(zhuǎn)化為直流（DC）的裝置。它有兩個(gè)主要功能：
第一，將交流電（AC）變成直流電(DC)，經(jīng)濾波后供給負(fù)載，或者供給逆變器；
第二，給蓄電池提供充電電壓。因此，它同時(shí)又起到一個(gè)充電器的作用。
三極管參數(shù)
三極管的hFE參數(shù)與貯存時(shí)間ts相關(guān)，一般hFE大的三極管ts也較大，過去人們對ts的認(rèn)識以及ts的測量儀器均較為欠缺，人們更依賴hFE參數(shù)來選擇三極管。
在開關(guān)狀態(tài)下，hFE的選擇通常有以下認(rèn)識：第一、hFE應(yīng)盡可能高，以便用最少的基極電流得到最大的工作電流，同時(shí)給出盡可能低的飽和電壓，這樣就可以同時(shí)在輸出和驅(qū)動電路中降低損耗。
但是，如果考慮到開關(guān)速度和電流容限，則hFE的最大值就受到限制；第二、中國的廠家曾經(jīng)傾向于選用hFE較小的器件，例如hFE為10到15，甚至8到10的三極管就一度很受歡迎(后來，由于基極回路流行采用電容觸發(fā)線路，hFE的數(shù)值有所上升)，hFE的數(shù)值小則飽和深度小，從而有利于降低晶體管的發(fā)熱。
現(xiàn)狀
如今，業(yè)界推出的節(jié)能燈和電子鎮(zhèn)流器專用三極管都十分注重對貯存時(shí)間的控制。因?yàn)橘A存時(shí)間ts過長，電路的振蕩頻率將下降，整機(jī)的工作電流增大易導(dǎo)致三極管的損壞。雖然可以調(diào)整扼流圈電感及其他元器件參數(shù)來控制整機(jī)功率，但ts的離散性，將使產(chǎn)品的一致性差，可靠性下降。例如，在石英燈電子變壓器線路中，貯存時(shí)間太大的晶體管可能引起電路在低于輸出變壓器工作極限的頻率振蕩，從而造成每個(gè)周期的末端磁芯飽和，這使得晶體管Ic在每個(gè)周期出現(xiàn)尖峰，最后導(dǎo)致器件過熱損壞。
如果同一線路上的兩個(gè)三極管貯存時(shí)間相差太大，整機(jī)工作電流的上下半波將嚴(yán)重不對稱，負(fù)擔(dān)重的那只三極管將容易損壞，線路也將產(chǎn)生更多的諧波和電磁干擾。
實(shí)際使用表明，嚴(yán)格控制貯存時(shí)間ts并恰當(dāng)調(diào)整整機(jī)電路，就可以降低對hFE參數(shù)的依賴程度。還值得一提的是，在芯片面積一定的情況下，三極管特性、電流特性與耐壓參數(shù)是矛盾的，中國市場曾經(jīng)用BUT11A來做220V40W電子鎮(zhèn)流器，其出發(fā)點(diǎn)是BVceo、BVcbo數(shù)值高，但是絕大部分電子鎮(zhèn)流器線路中，已經(jīng)沒有必要過高選擇三極管的電壓參數(shù)。
基本要求
12脈沖整流器的輸入電流的THD在12脈沖整流器的滿載時(shí)應(yīng)小于10%，采用輸入濾波器可將輸入電流總諧波失真減小到5%。
2．交流輸入電流限制
整流器/充電機(jī)應(yīng)有交流輸入電流限制電路，一般將交流輸入電流限制到滿載輸入電流的115%。在發(fā)電機(jī)組供電時(shí)（此時(shí)整流器會接收到一個(gè)外部低電壓信號，據(jù)此判斷為是發(fā)電機(jī)組供電），應(yīng)將交流輸入電流限制到滿載輸入電流的100%。
3．蓄電池充電電流限制
整流器/充電機(jī)應(yīng)有蓄電池充電電流限流電路，將蓄電池充電電流限制到UPS額定輸出容量（KW）的15%。在發(fā)電機(jī)組供電時(shí)（當(dāng)接收到一個(gè)外部低電壓信號時(shí)），應(yīng)將蓄電池充電電流限制到零。
4．蓄電池充電電壓溫度補(bǔ)償
當(dāng)采用遠(yuǎn)端溫度檢測器時(shí)，整流器/充電機(jī)應(yīng)自動調(diào)節(jié)蓄電池浮充電壓（一般按?5mv/只/℃）。通常蓄電池的浮充電壓為2.25V/只，終止電壓為1.67V/只，因此DC母線電壓在浮充和終止電壓時(shí)分別為N×2.25V，N×1.67V（N為蓄電池的只數(shù)）。
5．輸入功率的逐步增加
整流器/充電機(jī)應(yīng)具有將初始功率要求限制到額定負(fù)載的20%，并在10秒的時(shí)間間隔內(nèi)逐漸將輸入功率增加到100%額定容量。在冗余UPS系統(tǒng)中，各整流器/充電機(jī)的輸入功率的加入時(shí)間應(yīng)延遲5至300秒，以減少對發(fā)電機(jī)組的影響。
6．輸入隔離開關(guān)
整流器/充電機(jī)應(yīng)有輸入隔離開關(guān)并有保護(hù)。隔離開關(guān)應(yīng)能同時(shí)提供滿足負(fù)載的電流和蓄電池的再充電電流，并能承受較大的短路電流。
7．DC濾波器
整流器/充電機(jī)應(yīng)有輸出濾波器以將加在蓄電池的紋波電壓減少到最小。整流器的DC輸出電壓的AC紋波電壓應(yīng)小于浮充電壓（RMS）的1%。濾波器應(yīng)充分保證整流器/充電機(jī)的DC輸出電壓在蓄電池未連接的情況下滿足逆變器的要求。
8．蓄電池的再充電
除了為負(fù)載供電外，整流器/充電機(jī)應(yīng)能在10倍于放電時(shí)間的時(shí)間內(nèi)，將蓄電池的放電功率恢復(fù)到95%。蓄電池再充電后，整流器/充電機(jī)應(yīng)使蓄電池保持在滿充電狀態(tài)，直到下一次放電。
二極管整流器
所有整流器類別中最簡單的是二極管整流器。在最簡單的型式中，二極管整流器不提供任何一種控制輸出電流和電壓數(shù)值的手段。為了適用于工業(yè)過程，輸出值必須在一定范圍內(nèi)可以控制。通過應(yīng)用機(jī)械的所謂有載抽頭變換器可以完成這種控制。作為典型情況，有載抽頭變換器在整流變壓器的原邊控制輸入的交流電壓，因此也就能夠在一定范圍內(nèi)控制輸出的直流值。通常有載抽頭變換器與串聯(lián)在整流器輸出電路中的飽和電抗器結(jié)合使用。通過在電抗器中引入直流電流，使線路中產(chǎn)生一個(gè)可變的阻抗。因此，通過控制電抗器兩端的電壓降，輸出值可以在比較窄的范圍內(nèi)控制。
晶閘管整流器
在設(shè)計(jì)上非常接近二極管整流器的是晶閘管整流器。因?yàn)榫чl管整流器的電參數(shù)是可控的，所以不需要有載抽頭變換器和飽和電抗器。
因?yàn)榫чl管整流器不包含運(yùn)動部件，所以晶閘管整流器系統(tǒng)的維修減少了。注意到的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是晶閘管整流器的調(diào)節(jié)速度較二極管整流器快。在過程特性的階躍期間，晶閘管整流器常常調(diào)節(jié)很快，以致能夠避免過電流。其結(jié)果是晶閘管系統(tǒng)的過載能力能夠設(shè)計(jì)得比二極管系統(tǒng)小。
區(qū)別
鎮(zhèn)流器和整流器的區(qū)別
把交流電變成直流電的設(shè)備就稱為整流器。
按照所采用的整流器件，可分為機(jī)械式、電子管式和半導(dǎo)體式幾類。電感鎮(zhèn)流器是一個(gè)鐵芯電感線圈，電感的性質(zhì)是當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，則在線圈中將引起磁通的變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向與電流的方向相反，因而阻礙著電流變化。
倍壓整流器
最簡單的倍壓整流(二倍)方式是利用兩組簡單的半波整流，以指向相反的二極管分別生成兩個(gè)正負(fù)不同的電源輸出，并分別加以濾波。連接正負(fù)兩端可得到交流輸入電壓兩倍的輸出電壓。此種電路稱為德隆電路(德文:Delon-Schaltung)。如需要的話，此電路也可以提供中間電壓，或當(dāng)作正負(fù)雙電壓的電源來使用。
上述德隆電路可以衍生出另一種變體：在橋式整流的輸出端使用兩個(gè)相串聯(lián)的電容器作為濾波電容，在濾波電容的中點(diǎn)與與交流輸入的一端間聯(lián)接一個(gè)開關(guān)。當(dāng)開關(guān)切離時(shí)，這個(gè)電路會像一個(gè)正常的橋式整流；當(dāng)開關(guān)接通時(shí)，就會成為前述的德隆電路，產(chǎn)生倍壓整流的作用。舉例來說，當(dāng)交流輸入為 100~120V 時(shí)，可讓開關(guān)為通路；當(dāng)交流輸入為 220~240V 時(shí)，可讓開關(guān)為斷路；這樣便使它很容易在世界上任何電源間切換，產(chǎn)生大約 320V (±15%左右）的直流電壓，以送入一個(gè)相對簡單的開關(guān)模式電源。
整流器應(yīng)用
整流器的主要應(yīng)用是把交流電源轉(zhuǎn)為直流電源。由于所有的電子設(shè)備都需要使用直流，但電力公司的供電是交流，因此除非使用電池，否則所有電子設(shè)備的電源供應(yīng)器內(nèi)部都少不了整流器。
至于把直流電源的電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換則復(fù)雜得多。直流-直流轉(zhuǎn)換的一種方法是首先將電源轉(zhuǎn)換為交流（使用一種稱為反應(yīng)換流器的設(shè)備），然后使用變壓器改變該交流電壓，最后再整流回直流電源。
整流器還用在調(diào)幅(AM)無線電信號的檢波。信號在檢波前可能會先經(jīng)增幅(把信號的振幅放大)，如果未經(jīng)增幅，則必須使用非常低電壓降的二極管。使用整流器作解調(diào)時(shí)必須小心地搭配電容器和負(fù)載電阻。電容太小則高頻成分傳出過多，太大則將抑制訊號。
整流裝置也用于提供電焊時(shí)所需固定極性的電壓。這種電路的輸出電流有時(shí)需要控制，此時(shí)會以可控硅(一種晶閘管)替換橋式整流中的二極管，并以相位控制觸發(fā)的方式調(diào)整其電壓輸出。
冷卻方式
整流器常用的冷卻方式有自然冷卻、純風(fēng)扇冷卻、自然冷卻和風(fēng)扇冷卻相結(jié)合三種。自然冷卻具有無機(jī)械故障，可靠性高；無空氣流動，灰塵少，有利于散熱；無噪音等特點(diǎn)。純風(fēng)扇冷卻具有設(shè)備重量輕，成本低。風(fēng)扇和自然冷卻相結(jié)合的技術(shù)具有有效減小設(shè)備體積和重量，風(fēng)扇的使用壽命高，風(fēng)扇故障自適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。
參考資料
[1]
整流器相關(guān)的文章
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