脉宽调制整流电路介绍

脉宽调制整流技术具有非常广阔的应用前景。从功率器件，主电路拓朴和控制方法三个方面对其进行了详细的介绍，并对其未来发展进行了预测。
关键词：脉宽调制整流器；功率器件；电路拓扑；控制方法
引言
随着电力电子技术的迅速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、信息、交通、家庭等众多领域中的应用日益广泛。电力电子装置的非线性，引起网侧电流、电压波形的严重畸变，导致了日趋严重的谐波污染。相关资料表明，电力电子装置生产量在未来的十年中将以每年不低于10％的速度递增，由这类装置所产生的高次谐波约占总谐波源的70％以上。因此，谐波治理势在必行。
为了抑制电力电子装置产生的谐波，功率因数校正技术应运而生。本文主要对与PWM整流器相关的功率开关器件、主电路拓扑结构和控制方式等进行详细说明，在此基础上对PWM整流技术的发展方向加以探讨。
1 功率开关器件
PWM整流器的基础是电力电子器件，其与普通整流器和相控整流器的不同之处是采用了全控型器件。目前在PWM整流器中得到广泛应用的电力电子器件主要有如下几种。
1.1 门极可关断晶闸管(GTO)
GTO是最早的大功率可关断器件，是目前阻断电压最高和通态电流最大的全控型器件，已达6kV/6kA的制造水平。它由门极控制导通和关断，具有通过电流大、通态电压低、导通损耗小，dv/dt耐量高等优点，在大功率的场合应用较多。但是，GTO的缺点也很明显，诸如其驱动电路复杂并且驱动功率大，导致关断时间长，限制了器件的开关频率；关断过程中的集肤效应容易导致局部过热，严重情况下使器件失效；为了限制dv/dt，需要复杂的缓冲电路，这些都限制了GTO在各个领域的应用，现在GTO主要应用在中、大功率场合。
1.2 电力晶体管（GTR）
电力晶体管又称为巨型晶体管，是一种耐高压、大电流的双极型晶体管，该器件与GTO一样都是电流控制型器件，因而所需驱动功率较大，但其开关频率要高于GTO，因而自20世纪80年代以来，主要应用于中小功率的变频器或UPS电源等场合。目前其地位大多被绝缘栅双极晶体管(IGBT)和功率场效应管（PowerMOSFET）所取代。
1.3 功率场效应管（PowerMOSFET）
功率场效应管是用栅极电压来控制漏极电流的，属于电压控制型器件，因此，它的第一个显著特点是驱动电路简单，需要的驱动功率小；第二个显著特点是开关速度快，工作频率高。另外，PowerMOSFET的热稳定性优于GTR。但是PowerMOSFET电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的场合。