上篇我們對電力電子的常見應用場景進行了簡單介紹，本文接著來揭秘電力電子技術如何實現電能的變換和控制。為了能讓大家更清楚直觀地理解，文中將對電力變換類型及常用電力變換電路的工作原理進行分析介紹。

通常所用的電力有交流（AC）和直流（DC）兩種，交流電主要從公用電網中獲得，直流電主要從蓄電池或干電池中獲得。根據電源與負載的電力類型，電力變換分為交流變直流（AC-DC）、直流變交流（DC-AC）、直流變直流（DC-DC）以及交流變交流（AC-AC）四類。那么，它們之間到底是如何變換的呢？

直流-直流變換

直流-直流變換電路的功能是將一種直流電變為另一種直流電。根據電路結構不同，直流-直流變換電路分為非隔離型DC-DC電路以及隔離型DC-DC電路。

非隔離型DC-DC電路主要實現直流的直接變換，又分為升壓（Buck）、降壓（Boost）以及升降壓（Buck-Boost）電路，其電路結構如圖所示。其中降壓/升壓電路（Buck/Boost）應用最為廣泛。

以Boost電路為例，對非隔離型DC-DC電路的工作原理進行分析：

首先假設電路中電容值與電感值很大。當可控開關V處于通態時，電源E向電感L充電，同時電容C向負載R供電，由于電容值很大，所以輸出電壓uo基本保持為恒定值；當V處于斷態時，電源E和電感L共同向電容C充電并向負載R供電。

Boost電路的輸出波形如圖所示：

隔離型DC-DC電路主要實現直-交-直變換，電路中包含交流環節且多采用變壓器進行輸入輸出隔離。電路中推挽、反激、移相全橋拓撲、LC拓撲以及LLC拓撲被廣泛應用于各類工業電源中。

各類隔離型DC-DC變換電路的優缺點、功率范圍以及應用領域如表所示。

交流-直流變換

交流-直流變換又稱為整流。整流電路按輸入交流的相數可分為單相整流與多相整流；按照構成器件可分為全控整流、半控整流以及不控整流；按電路結構可分為橋式整流與零式整流。常用的整流電路主要有半波整流電路、全波整流電路、橋式整流電路以及倍壓整流電路。

其基本的電路結構如圖所示：

以單相橋式不控整流電路為例對整流電路的工作原理進行分析：

單相橋式不控整流電路由四個整流器件構成，其中VD1與VD4構成一組橋臂，VD2與VD3構成另一組橋臂。

0-t1：輸入電壓正半周，VD1、VD4串聯承受正向電壓導通，電流經VD1- R-VD4流動，輸出電壓按照正弦規律變化；

t1-t2：輸入電壓負半周，VD2、VD3串聯承受正向電壓導通，電流經VD3- R-VD2流動，輸出電壓按照正弦規律變化；

單相橋式不控整流電路的輸出電壓波形如圖所示：

可控整流采用的功率器件均為可控器件，如晶閘管、IGBT等。可控整流電路可以通過開關器件的導通、關斷來調節整流輸出電壓大小。常用的可控整流電路有三相橋式PWM整流電路與Boost-PFC整流電路，其電路結構見下圖。

整流電路是電力電子電路中出現和應用最早的形式之一，它的作用是將交流電能變為直流電能供給直流用電設備。整流電路的應用十分廣泛，例如直流電動機、電鍍電解電源、同步發電機勵磁、通信系統電源等。

電力電子技術早期為整流器時代，后期則進入逆變器時代，下面讓我們一起來了解逆變變換。

直流-交流變換

與整流相對應，直流-交流變換又稱為逆變。當交流側接有電源時（接入電網）為有源逆變，交流側直接連接負載時為無源逆變。實際應用中，常用的逆變電路為全橋逆變電路，電壓型全橋逆變電路的結構如圖所示。

0，V1導通而V2關斷，輸出平均電壓大于零；當調制信號ur<0，V1關斷而V2導通，輸出平均電壓小于零；當ur>uc時，V4導通而V3關斷；當ur

以單相電壓型全橋逆變電路為例對逆變電路的工作原理進行分析：

電路中兩個橋臂為方向臂，另兩個橋臂為斬波臂，這里V1、V2為方向臂，V3、V4為斬波臂。當調制信號ur>0，V1導通而V2關斷，輸出平均電壓大于零；當調制信號ur<0，V1關斷而V2導通，輸出平均電壓小于零；當ur>uc時，V4導通而V3關斷；當ur

電路的輸出電壓波形如圖所示：

逆變電路在電力電子電路中占有十分突出的位置，電路在工作過程中會不斷發生電流從一個支路向另一個支路的轉移，即換流過程。

在實際應用中，蓄電池、干電池、太陽能電池等直流電源若需要向交流負載供電時，就需要逆變電路。此外，交流電機調速用變頻器、不間斷電源、感應加熱電源等電力電子裝置的電路核心都是逆變電路。

交流-交流變換

交流-交流變換電路可以是對交流電的電壓與電流幅值進行變換（交流調幅），也可以是對交流電的頻率進行變換（交流調頻），還可以是對交流電的相位進行變換（交流調相）。

其中，交流調幅主要應用于變壓器以及異步電機軟起動中。交流調頻在變頻器中應用廣泛，而交流調相在實際中應用較少。交流變頻電路分為直接變頻電路（交流-交流）與間接變頻電路（交流-直流-交流）。直接變頻電路主要用于500kW以上的大功率、低轉速的電動機調速系統中，如鼓風機、礦山破碎機以及磨球機等。

經過上述的介紹，相信大家對各類電力變換電路的工作原理及應用場景有了初步的了解。而在實際應用中，各類開關電源就是電力電子技術的主要應用場景。按照控制信號不同，開關電源又可分為模擬電源與數字電源。其中，數字電源由于性能好、可靠性高、設計靈活等優勢被廣泛應用。

那么，到底什么是數字電源？它和模擬電源又有哪些區別呢？下節課，森木磊石會繼續為大家分享『數字電源的原理及特點』，帶領大家走進神秘的數字電源世界。