關(guān)鍵詞：鋁氧化電源；氧化電源；高頻開關(guān)電源

1. 概述

隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)及需求的提高，鋁及鋁合金材料經(jīng)電化學處理后的應(yīng)用日益普遍地應(yīng)用于工業(yè)、建筑、軍事等各領(lǐng)域中，其中鋁型材氧化處理工藝過程中，氧化電源是其重要設(shè)備。從氧化電源的發(fā)展過程經(jīng)歷了感應(yīng)調(diào)壓器（或飽和電抗器）加整流變壓器及二極管整流器、整流變壓器加晶閘管整流器、高頻開關(guān)電源等多種方案。

從電源的輸出波形來看，有恒定直流電源、脈沖電源。不同類型的電源在體積、成本、效率方面以及對產(chǎn)品質(zhì)量的影響成為極為關(guān)鍵的因素。

由于硬質(zhì)氧化處理工藝過程中，電源長期處于低電壓、大電流輸出狀態(tài)，電源的功耗很高，其消耗的電能極為龐大，屬于高耗能產(chǎn)業(yè)，因此電源的效率是影響生產(chǎn)成本的重要因素。早期的感應(yīng)調(diào)壓器（或飽和電抗器）加整流變壓器及二極管整流器、整流變壓器加晶閘管整流器方案由于存在體積龐大的工頻變壓器，使電源體積、重量較大。

在低壓大電流工作狀態(tài)下，變壓器、電抗器及晶閘管等元件的損耗較高，使系統(tǒng)整體的效率較低。隨著銅、鐵等原料資源的日趨緊張，裝置的整體造價不斷上升；此外裝置控制精度低，工藝過程缺乏科學合理的控制手段，也造成大量的電能損耗。

高頻開關(guān)電源在鋁型材氧化領(lǐng)域的應(yīng)用近十幾年來得到迅速發(fā)展，隨著電力半導體器件的進步，高頻開關(guān)電源的輸出功率已可以滿足該領(lǐng)域大功率輸出的要求，由于采用了高頻變換、高頻變壓器及低壓降的肖特基二極管整流電路，取消了笨重工頻變壓器，使電源的體積和重量大幅度降低，同時電源的效率也得到了一定的提升。

同時由于采用高頻開關(guān)變換，控制周期和延時大幅度縮短，輸出波形的控制精度比傳統(tǒng)電源大大提高，特別是在脈沖電源領(lǐng)域（尤其是脈沖頻率較高的應(yīng)用），成為主要的技術(shù)方案。

在高頻開關(guān)電源的輸出整流電路中，通常采用低壓降的肖特基二極管以降低該電

路產(chǎn)生的功率損耗，但由于鋁型材氧化處理工藝過程中，電源長期處于低電壓、大電流輸出狀態(tài)，高頻整流電路的損耗仍然是電源損耗的主要部分，以輸出額定電壓為22V的鋁氧化電源為例，該部分的損耗通常會占電源總損耗的近40%，若考慮電解銅箔電源7V的輸出額定電壓，則比例更將增加至約60%。因此降低該電路的功率損耗是提高電源效率的重要途徑之一。

同步整流技術(shù)是采用電力場效應(yīng)晶體管（MOSFET）代替肖特基二極管完成高頻交流變直流的整流過程。該技術(shù)在小功率的計算機及其他信息電子設(shè)備電源中早已得到廣泛應(yīng)用，但由于器件的承受電流能力及性能的制約，一直未能在大功率的電源領(lǐng)域得到應(yīng)用。

隨著半導體器件技術(shù)的進步，同步整流技術(shù)已逐步在電鍍電源、銅箔電解電源等低壓大電流電源領(lǐng)域得到應(yīng)用，對電源效率獲得了顯著的提升，大大降低了能源的消耗，提高了生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2. 采用同步整流技術(shù)的高頻開關(guān)電源結(jié)構(gòu)及工作原理

高頻開關(guān)電源采用交流-直流-高頻交流-直流的多次變換過程，其典型的能量變換過程如圖1所示。其中高頻逆變電路采用絕緣柵雙極晶體管（IGBT）或電力場效應(yīng)晶體管（MOSFET）將由工頻交流電整流獲得的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?5kHz至上百kHz的高頻交流電，經(jīng)高頻變壓器變壓、二極管整流后變?yōu)橹绷麟?，再?jīng)電感、電容濾波輸出平滑的直流。

在鋁表面氧化等低壓大電流輸出的電源中，由于輸出功率大，高頻逆變電路多采用IGBT元件，工作頻率一般為15-20kHz。為降低高頻整流電路中二極管的壓降，多采用肖特基二極管為整流元件。圖2為一典型的鋁表面氧化電源的主電路結(jié)構(gòu)圖。

同步整流技術(shù)是為了減小高頻整流二極管的通態(tài)壓降，而采用MOSFET替代肖特基二極管，其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。其工作原理為：在需要對應(yīng)的器件開通時，由控制電路給MOSFET施加驅(qū)動信號，利用低電壓MOSFET具有非常小的導通電阻的特點，因此可以極大的降低整流電路的導通損耗，從而達到很高的效率。