電源技術(shù)的發(fā)展綜述

1、電源技術(shù)的發(fā)展綜述電氣111 黃后福 2011003070281 電力電子技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展方向,是從傳統(tǒng)電力電子學(xué),向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電子學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子技術(shù)起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發(fā)展先后經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代,七十年代到八十年代,隨著變頻調(diào)速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管和門極可關(guān)斷晶閘管構(gòu)成為當(dāng)時(shí)逆變器時(shí)代中電力電子器件的主角。并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。八十年代末期和九十年代初期發(fā)展起來的、以功率 mosfet 和 igbt 為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導(dǎo)體復(fù)合器件,

2、使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展,為用電設(shè)備的高效節(jié)材節(jié)能,實(shí)現(xiàn)小型輕量化,機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)?！?】2 電力電子的應(yīng)用 現(xiàn)代電源技術(shù)是應(yīng)用電力電子半導(dǎo)體器件,綜合自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)( 徽處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)的多學(xué)科邊緣交叉技術(shù)。在各種高質(zhì)t、高效、高可寒性的電源中起關(guān)健作用,是現(xiàn)代電力電子的具體應(yīng)用。 當(dāng)前,電力電子作為節(jié)能、節(jié)材、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的墓礎(chǔ),正朝粉應(yīng)用技術(shù)高頗化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來,電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用,實(shí)現(xiàn)用電的高效率和高品質(zhì)。【2】3 電力電子技術(shù)在各行各業(yè)中的應(yīng)用 電力電子技術(shù)是目前發(fā)

3、展最快的技術(shù)之一, 在各行各業(yè)的諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用, 取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。80 年代, 計(jì)算機(jī)全面采用了開關(guān)電源,率先完成計(jì)算機(jī)電源換代。接著開關(guān)電源技術(shù)相繼進(jìn)入了電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。高頻小型化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。高頻開關(guān)電源( 也稱為開關(guān)型整流器 smr)通過mosfet或igbt的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50100khz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。dc/dc變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無級變速和控制?！?】4 電源控制ic及其應(yīng)用自從20世紀(jì)90年代末期同步整流技術(shù)誕生以

4、后,它給開關(guān)電源效率的提升做出了重要貢獻(xiàn)。當(dāng)前采用ic控制技術(shù)的同步整流方案已經(jīng)為研發(fā)工程師普遍接受?，F(xiàn)在的同步整流技術(shù)都在努力地實(shí)現(xiàn)zvs及zcs方式的同步整流。自從2002年美國銀河公司發(fā)表了zvs同步整流技術(shù)之后,在已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。最新問世的雙輸出式p聯(lián)m控制ic幾乎都在控制邏輯內(nèi)增加了對副邊實(shí)現(xiàn)zvs同步整流的控制端子。在副邊的同步整流中,為了實(shí)現(xiàn)zvs方式的同步整流,消除mosfet體二極管的導(dǎo)通損耗和反向恢復(fù)時(shí)間帶來的損耗,德州 儀器公司最新的專利技術(shù)“預(yù)檢測柵驅(qū)動(dòng)技術(shù)”在控制芯片中增加了大量的數(shù)字控制技術(shù),正激電路同步整流的控制芯片ucc2728的誕生使正激電路的效率達(dá)到了前

5、所未有的高效率。自從2002年vicor 公司的有源籍位技術(shù)專利到期解禁之后,各家公司發(fā)表的新型有源籍位控制ic 如雨后春筍 一樣誕生出來,給用戶最充分的選擇。最近ti公司新推出的有源籍位控制 ic ucc2897,已經(jīng)將有源籍位的pwm 控制做到了完美無缺。美國國家半導(dǎo)體公司剛剛推出的可以交互式工作的有源籍位正激式工作的控制 iclm5034,它可以在輸人濾波電容不增加的情況下將輸出功率增大一倍,使有源籍位技術(shù)達(dá)到1 kw的功率水平。而臺商飛兆公司則給出了最廉價(jià)的有源籍位控制 lc sd7558和 sd 7559,極大地降低了有源籍位技術(shù)的使用成本。 icor公司新推出的mhz級工作頻率,每

6、立方英寸l00 w 超高功率密度的 prm (預(yù)穩(wěn)壓模塊)和vtm(電壓變換模塊 )的dc/dc仍舊是當(dāng)今電源技術(shù)領(lǐng)域的頂峰。近年來,非隔離的dc/dc 技術(shù)上發(fā)展迅速。由于目前一套電子設(shè)備或電子系統(tǒng)因負(fù)載不同,會要求電源系統(tǒng)提供多個(gè)電壓擋級。因此開發(fā)了很多非隔離的 dc/dc 變換器,它們基本上可以分成兩大類。一類是內(nèi)部含有功率開關(guān)器件的稱做dc/dc轉(zhuǎn)換器。另一類不含功率開 關(guān)器件需要外接功率mosfet的稱作dc/dc 控制器。按照電路功能劃分,有降壓的buck;有升 壓的bost;有又能升壓又能降壓的buek一boost或 sepic;還有正壓轉(zhuǎn)成負(fù)壓的in-ve rto r等。 目前

7、中國制造的開關(guān)電源占了世界市場的80% 以上,但是高端市場上幾乎沒有我們的份額,這是中國工程師和企業(yè)家的一大遺憾,也是值得我們認(rèn)真地思考的問題?！?】5 開關(guān)電源的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢 20世紀(jì)60年代末, 高耐壓、大電流的雙極型電力晶體管(亦稱巨型晶體管、bjt、gtr)的出現(xiàn),使得采用高工作頻率的開關(guān)電源得以問世。 20世紀(jì)70年代, 開關(guān)頻率終于突破了人耳聽覺極限的20khz , 隨著電力mosfet的應(yīng)用, 開關(guān)電源和開關(guān)頻率進(jìn)一步提高,使得電源體積更小,重量更輕,功率密度進(jìn)一步提高。 20世紀(jì)80年代,出現(xiàn)了采用準(zhǔn)諧振技術(shù)的零電壓開關(guān)電路和零電流開關(guān)電路,也就是我們所說的軟開關(guān)技術(shù)。 開關(guān)

8、電源作為電子設(shè)備中不可或缺的組成部分也在不斷地改進(jìn),其高效率、高可靠、低損耗、低噪聲、抗干擾和模塊化,是開關(guān)電源行業(yè)的發(fā)展方向?！?】 在軟開關(guān)變換電路中，有變頻控制的 pfm，和恒頻控制的pwm。 在功率因數(shù)校正電路方面，其電路通常采用升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。而較受關(guān)注的是pfc的控制技術(shù)。目前最為常用的控制技術(shù)有三種：平均電流型控制、ccm/dcm 邊界控制、電流鉗位控制。 在控制模式方面，有電壓模式控制和電流模式控制。電壓模式是單環(huán)控制，電流模式控制是雙環(huán)控制。 在新技術(shù)方面，近來開關(guān)變換器發(fā)展起來的本脈沖控制是最值得注意的方向之一?！?】 開關(guān)電源正在高速度繼續(xù)更新和發(fā)展,據(jù)統(tǒng)計(jì),到2001年,

9、美國開關(guān)電源的市場仍以百分之十幾的年增長率發(fā)展【9】,而我國的開關(guān)電源技術(shù)卻比較落后,開關(guān)電源市場更遠(yuǎn)未開拓,線性電源在我國的電源工業(yè)中仍占有相當(dāng)大的比例。從長遠(yuǎn)的看,利用開關(guān)技術(shù)的電源必將在很多方面取代線性電源,這是電源工業(yè)發(fā)展的必然趨勢.因此,加緊研究和發(fā)展國產(chǎn)的開關(guān)電源,提高我國電力電子行業(yè)技術(shù)、生產(chǎn)隊(duì)伍的科技水平和素質(zhì),培養(yǎng)這方面的人才己變得特別重要和刻不容緩,在我國高校以及專業(yè)技術(shù)教育中,加強(qiáng)開關(guān)電源技術(shù)的科研和人才的培養(yǎng),也顯得特別有必要?！?0】6 高頻開關(guān)電源技術(shù) 高頻開關(guān)電源是指電壓調(diào)整功率的器件,是以高頻開關(guān)方式工作的一種直流穩(wěn)壓電源, 它利用高頻開關(guān)功率器件通過轉(zhuǎn)換技術(shù)而

10、制成的高頻開關(guān)直流穩(wěn)壓電源,簡稱開關(guān)電源 。 由于科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代電源技術(shù)將在實(shí)際需要的推動(dòng)下快速發(fā)展。其主要有以下4種發(fā)展方向：高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著開關(guān)電源技術(shù)的成熟,實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此, 同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動(dòng), 并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)?！?】7 數(shù)字開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展 數(shù)字電源的含義主要包括: 一是通過數(shù)字接口控制模擬開關(guān)穩(wěn)壓器; 二是用數(shù)字電路取代開

11、關(guān)穩(wěn)壓器中的模擬電路。 數(shù)字電源系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有: 一是以數(shù)字信息構(gòu)成智能化開關(guān)電源; 二是模擬組件與數(shù)字組件優(yōu)化組合; 三是電源系統(tǒng)單片集成化; 四是數(shù)字電源達(dá)到高技術(shù)指標(biāo)。 數(shù)字電源是一種新技術(shù), 其發(fā)展趨勢: 一是增強(qiáng)數(shù)字電源的功能, 降低成本; 二是注重科技創(chuàng)新。 電源設(shè)計(jì)采用數(shù)字控制技術(shù)是大勢所趨,更大集成度、更小尺寸、更高效率、更高安全可靠性、更快瞬時(shí)響應(yīng)、更高靈活性, 以及更低的成本也將成為數(shù)字電源的設(shè)計(jì)方向?！?】8 電子變壓器 電源裝置,無論是直流電源還是交流電源,都要使用由軟磁磁芯制成的電子變壓器(軟磁電磁元件)。電子變壓器在電源技術(shù)中起著重要作用。電源技術(shù)要求電子變壓器能

12、適應(yīng)外界使用條件,減少電磁干擾;完成功率傳送,電壓變換,絕緣隔離和紋波抑制等功能;提高效率,降低成本?！?1】 納米晶軟磁材料和納米薄膜軟磁材料的近年來的研究熱潮,將會使高頻領(lǐng)域電源技術(shù)中的電磁器件發(fā)生革命性的變化,成為當(dāng)代電源技術(shù)中應(yīng)用的軟磁材料研究開發(fā)的主要方向。非晶和微晶合金在近十年來發(fā)展迅速, 不但在材料和工藝方面, 而且在應(yīng)用方面都取得了很大的進(jìn)步。 信息技術(shù)是現(xiàn)在發(fā)展最為迅速的技術(shù)領(lǐng)域。使用便攜式信息傳播和處理設(shè)備的數(shù)量,飛快地增長。這些便攜式設(shè)備的發(fā)展趨勢是輕薄短小化,其中薄型化尤為突出。因此,原來的三維軟磁材料立體式和平面式鐵心結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適應(yīng)這種高頻開關(guān)電源的需要,于是薄膜軟

13、磁材料應(yīng)運(yùn)而生?？傊?電源技術(shù)是以開發(fā)電源產(chǎn)品這樣一種商品為目的的,不能脫離市場來考慮選擇使用的器件和材料。所以,追求性能價(jià)格比的市場規(guī)律,是推動(dòng)電源產(chǎn)品發(fā)展的動(dòng)力,也是推動(dòng)軟磁材料發(fā)展的動(dòng)力?！?2】參考文獻(xiàn)【1】陳曉東.現(xiàn)代電力電子及電源技術(shù)的發(fā)展.科技信息.2010年第1期【2】紀(jì)圣勇.現(xiàn)代電力電子及電源技術(shù)的發(fā)展.安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào).206年第3期【3】韋和平.現(xiàn)代電力電子及電源技術(shù)的發(fā)展. 現(xiàn)代電子技術(shù) ( 半月刊)【4】李龍文.開關(guān)電源技術(shù)的最新進(jìn)展.電源技術(shù)應(yīng)用.2006年8月第9卷第8期【5】雷媛媛, 吳勝益.試論開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展.通信電源技術(shù).2008年7月25日第25卷第4期【6】趙軍 .開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展.船電技術(shù).2005年第5期【7】張晶宇.高頻開關(guān)電源技術(shù)的意義及發(fā)展【8】 劉志春，蘇震