直流有源電力濾波器在直流線性電源中的應(yīng)用

  大功率的低紋波、高精度穩(wěn)定/脈沖直流電源是一種非常重要的特種電源,在現(xiàn)代科學(xué)研究和醫(yī)療、新能源、工業(yè)生產(chǎn)中得到普遍應(yīng)用。

  據(jù)悉:目前一般大功率加速器,超導(dǎo)磁體等特種磁鐵電源多采用晶閘管相控整流電源,它由相控整流器和無(wú)源濾波器組成。這種常規(guī)的電源具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電源容量大、開關(guān)器件價(jià)格低和易實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)能量回饋等特點(diǎn)。然而由于濾波電感不是無(wú)窮大,輸入電源電壓不對(duì)稱,整流器件觸發(fā)角不一致,器件特性不理想等,均可產(chǎn)生大量的特征諧波和非特征諧波。

  為了滿足嚴(yán)格的穩(wěn)態(tài)性能要求,往往一方面需要接入大量的無(wú)源濾波器,另一方面,過(guò)去還采用多級(jí)串聯(lián)線性調(diào)整電路來(lái)提高電流的穩(wěn)定度和降低電流紋波。

  無(wú)源濾波器體積龐大,價(jià)格昂貴,運(yùn)行費(fèi)用比較高。較大的無(wú)源濾波器將使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和過(guò)渡過(guò)程中的跟蹤精度惡化,還可能引起系統(tǒng)振蕩。采用無(wú)源濾波器時(shí),高速控制要求和需要大幅度衰減紋波也是相互矛盾的。而且消除含量極低的非特征紋波(諧波)時(shí)非常困難,有時(shí)甚至不可能。

  采用多級(jí)串聯(lián)線性調(diào)整電路,串聯(lián)在主電路中的調(diào)節(jié)器晶體管工作在線性區(qū),整流器輸出諧波電壓靠晶體管集—射極的電壓降吸收。而調(diào)整晶體管往往由數(shù)百個(gè)大功率晶體管組成,也存在能量損耗大、效率低、成本高、控制復(fù)雜等缺點(diǎn)。借助于直流有源電力濾波器獲得更進(jìn)一步的電流穩(wěn)定、降低輸出電流的紋波和提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)是必須的。

  隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,使有源電力濾波器技術(shù)實(shí)用化成為可能。這種濾波器即使在諧(紋)波頻率和幅值迅速變化時(shí),也能產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流(壓),這是一種非常理想、很有發(fā)展前途的補(bǔ)償裝置。目前,絕大多數(shù)有源電力濾波器都是應(yīng)用于交流電路中,把其用于高壓直流輸電、高精度穩(wěn)定/脈沖電源等直流電路中,也會(huì)產(chǎn)生非常理想的濾波效果。與傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器相比,有源電力濾波器具有以下優(yōu)點(diǎn):

——對(duì)各次諧波都能衰減,特別容易抑制低次諧波;

——能補(bǔ)償頻率變化和失諧效應(yīng),并能提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng);

——濾波性能優(yōu)異而費(fèi)用相對(duì)較低;

——由于有源電力濾波器僅對(duì)諧(紋)波起作用,其相對(duì)容量非常小;

——裝置體積小、效率高。

  本文詳細(xì)介紹了直流有源電力濾波器在穩(wěn)定/脈沖電源中應(yīng)用的工作原理,主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),國(guó)內(nèi)外的研究及實(shí)際應(yīng)用狀況。結(jié)果表明,直流有源電力濾波器抑制紋波電流(壓)的性能非常優(yōu)秀,具廣泛的應(yīng)用前景。相信在未來(lái)的不久,其會(huì)得到廣為廣泛的應(yīng)用與普及。