电源技术的发展综述

1、电源技术的发展综述电气111 黄后福 2011003070281 电力电子技术的发展 现代电力电子技术的发展方向,是从传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管和门极可关断晶闸管构成为当时逆变器时代中电力电子器件的主角。并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率 mosfet 和 igbt 为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,

2、使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。【1】2 电力电子的应用 现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机( 徽处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交叉技术。在各种高质t、高效、高可寒性的电源中起关健作用,是现代电力电子的具体应用。 当前,电力电子作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的墓础,正朝粉应用技术高颇化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用,实现用电的高效率和高品质。【2】3 电力电子技术在各行各业中的应用 电力电子技术是目前发

3、展最快的技术之一, 在各行各业的诸多领域中得到了广泛的应用, 取得了明显的经济效益和社会效益。80 年代, 计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进入了电子、电器设备领域。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。高频开关电源( 也称为开关型整流器 smr)通过mosfet或igbt的高频工作,开关频率一般控制在50100khz范围内,实现高效率和小型化。dc/dc变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制。【3】4 电源控制ic及其应用自从20世纪90年代末期同步整流技术诞生以

4、后,它给开关电源效率的提升做出了重要贡献。当前采用ic控制技术的同步整流方案已经为研发工程师普遍接受。现在的同步整流技术都在努力地实现zvs及zcs方式的同步整流。自从2002年美国银河公司发表了zvs同步整流技术之后,在已经得到了广泛应用。最新问世的双输出式p联m控制ic几乎都在控制逻辑内增加了对副边实现zvs同步整流的控制端子。在副边的同步整流中,为了实现zvs方式的同步整流,消除mosfet体二极管的导通损耗和反向恢复时间带来的损耗,德州 仪器公司最新的专利技术“预检测栅驱动技术”在控制芯片中增加了大量的数字控制技术,正激电路同步整流的控制芯片ucc2728的诞生使正激电路的效率达到了前

5、所未有的高效率。自从2002年vicor 公司的有源籍位技术专利到期解禁之后,各家公司发表的新型有源籍位控制ic 如雨后春笋 一样诞生出来,给用户最充分的选择。最近ti公司新推出的有源籍位控制 ic ucc2897,已经将有源籍位的pwm 控制做到了完美无缺。美国国家半导体公司刚刚推出的可以交互式工作的有源籍位正激式工作的控制 iclm5034,它可以在输人滤波电容不增加的情况下将输出功率增大一倍,使有源籍位技术达到1 kw的功率水平。而台商飞兆公司则给出了最廉价的有源籍位控制 lc sd7558和 sd 7559,极大地降低了有源籍位技术的使用成本。 icor公司新推出的mhz级工作频率,每

6、立方英寸l00 w 超高功率密度的 prm (预稳压模块)和vtm(电压变换模块 )的dc/dc仍旧是当今电源技术领域的顶峰。近年来,非隔离的dc/dc 技术上发展迅速。由于目前一套电子设备或电子系统因负载不同,会要求电源系统提供多个电压挡级。因此开发了很多非隔离的 dc/dc 变换器,它们基本上可以分成两大类。一类是内部含有功率开关器件的称做dc/dc转换器。另一类不含功率开 关器件需要外接功率mosfet的称作dc/dc 控制器。按照电路功能划分,有降压的buck;有升 压的bost;有又能升压又能降压的buek一boost或 sepic;还有正压转成负压的in-ve rto r等。 目前

7、中国制造的开关电源占了世界市场的80% 以上,但是高端市场上几乎没有我们的份额,这是中国工程师和企业家的一大遗憾,也是值得我们认真地思考的问题。【4】5 开关电源的发展状况和趋势 20世纪60年代末, 高耐压、大电流的双极型电力晶体管(亦称巨型晶体管、bjt、gtr)的出现,使得采用高工作频率的开关电源得以问世。 20世纪70年代, 开关频率终于突破了人耳听觉极限的20khz , 随着电力mosfet的应用, 开关电源和开关频率进一步提高,使得电源体积更小,重量更轻,功率密度进一步提高。 20世纪80年代,出现了采用准谐振技术的零电压开关电路和零电流开关电路,也就是我们所说的软开关技术。 开关

8、电源作为电子设备中不可或缺的组成部分也在不断地改进,其高效率、高可靠、低损耗、低噪声、抗干扰和模块化,是开关电源行业的发展方向。【5】 在软开关变换电路中，有变频控制的 pfm，和恒频控制的pwm。 在功率因数校正电路方面，其电路通常采用升压拓扑结构。而较受关注的是pfc的控制技术。目前最为常用的控制技术有三种：平均电流型控制、ccm/dcm 边界控制、电流钳位控制。 在控制模式方面，有电压模式控制和电流模式控制。电压模式是单环控制，电流模式控制是双环控制。 在新技术方面，近来开关变换器发展起来的本脉冲控制是最值得注意的方向之一。【6】 开关电源正在高速度继续更新和发展,据统计,到2001年,

9、美国开关电源的市场仍以百分之十几的年增长率发展【9】,而我国的开关电源技术却比较落后,开关电源市场更远未开拓,线性电源在我国的电源工业中仍占有相当大的比例。从长远的看,利用开关技术的电源必将在很多方面取代线性电源,这是电源工业发展的必然趋势.因此,加紧研究和发展国产的开关电源,提高我国电力电子行业技术、生产队伍的科技水平和素质,培养这方面的人才己变得特别重要和刻不容缓,在我国高校以及专业技术教育中,加强开关电源技术的科研和人才的培养,也显得特别有必要。【10】6 高频开关电源技术 高频开关电源是指电压调整功率的器件,是以高频开关方式工作的一种直流稳压电源, 它利用高频开关功率器件通过转换技术而

10、制成的高频开关直流稳压电源,简称开关电源 。 由于科学技术的不断发展，现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。其主要有以下4种发展方向：高频化、模块化、数字化、绿色化。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着开关电源技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此, 同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动, 并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。【7】7 数字开关电源技术发展 数字电源的含义主要包括: 一是通过数字接口控制模拟开关稳压器; 二是用数字电路取代开

11、关稳压器中的模拟电路。 数字电源系统的特点主要有: 一是以数字信息构成智能化开关电源; 二是模拟组件与数字组件优化组合; 三是电源系统单片集成化; 四是数字电源达到高技术指标。 数字电源是一种新技术, 其发展趋势: 一是增强数字电源的功能, 降低成本; 二是注重科技创新。 电源设计采用数字控制技术是大势所趋,更大集成度、更小尺寸、更高效率、更高安全可靠性、更快瞬时响应、更高灵活性, 以及更低的成本也将成为数字电源的设计方向。【8】8 电子变压器 电源装置,无论是直流电源还是交流电源,都要使用由软磁磁芯制成的电子变压器(软磁电磁元件)。电子变压器在电源技术中起着重要作用。电源技术要求电子变压器能

12、适应外界使用条件,减少电磁干扰;完成功率传送,电压变换,绝缘隔离和纹波抑制等功能;提高效率,降低成本。【11】 纳米晶软磁材料和纳米薄膜软磁材料的近年来的研究热潮,将会使高频领域电源技术中的电磁器件发生革命性的变化,成为当代电源技术中应用的软磁材料研究开发的主要方向。非晶和微晶合金在近十年来发展迅速, 不但在材料和工艺方面, 而且在应用方面都取得了很大的进步。 信息技术是现在发展最为迅速的技术领域。使用便携式信息传播和处理设备的数量,飞快地增长。这些便携式设备的发展趋势是轻薄短小化,其中薄型化尤为突出。因此,原来的三维软磁材料立体式和平面式铁心结构已经不能适应这种高频开关电源的需要,于是薄膜软

13、磁材料应运而生。总之,电源技术是以开发电源产品这样一种商品为目的的,不能脱离市场来考虑选择使用的器件和材料。所以,追求性能价格比的市场规律,是推动电源产品发展的动力,也是推动软磁材料发展的动力。【12】参考文献【1】陈晓东.现代电力电子及电源技术的发展.科技信息.2010年第1期【2】纪圣勇.现代电力电子及电源技术的发展.安徽电子信息职业技术学院学报.206年第3期【3】韦和平.现代电力电子及电源技术的发展. 现代电子技术 ( 半月刊)【4】李龙文.开关电源技术的最新进展.电源技术应用.2006年8月第9卷第8期【5】雷媛媛, 吴胜益.试论开关电源技术的发展.通信电源技术.2008年7月25日第25卷第4期【6】赵军 .开关电源技术的发展.船电技术.2005年第5期【7】张晶宇.高频开关电源技术的意义及发展【8】 刘志春，苏震