现代电源技术发展综述

1、现代电源技术发展综述1、现代电源技术的发展概况现代电源技术的发展方向，是从以低频技术为主的传统电源技术，向以 高频技术为主的现代电源技术方向转变。电源技术始于上世纪的四十年代末 五十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，并促进了电源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 MOSFE和IGBT为代表的、集高频、高电压和大 电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电源技术已经进入现代电源时 代。1.1 整流器时代大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供，但是大约2040%的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解、牵引和

2、直流传动三大领 域。大功率硅整流器能有效的把工频交流电转变为直流电，因此在六十年代 和七十年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以大力发展。但是， 大功率整流器件也存在许多缺点， 比如转换效率低， 体积庞大， 散热量大等。1.2 逆变器时代七十年代，变频技术因节能效果显着而迅速发展。 变频器的关键技术是： 半导体器件的通断作用，将工频电源逆变为另一种频率的电能的控制装置。 在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率电力电子器件成 为当时电机调速的主角。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但 工作频率较低，使得设备的体积依然庞大，功率器件的损耗也较大，转换效率不够高，仅仅局限

3、在中低频率范围内使用。1.3 变频器时代 进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为电源技 术的发展奠定了基础。MOSFE和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现 代电力电子转变的标志。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较 高的频率，使其性能更加完善可靠， 而且使现代电子技术不断向高频化发展， 为用电设备的高效、节能，实现小型化，机电一体化和智能化提供了重要的 技术基础。随着电力电子技术的发展，特别是微电子技术的发展，电器设备的种类越来 越多，任何电器设备都离不开电源，电源正发挥着举足轻重的作用，同时随 着电源应用的普及，以及科学技术的进步，特别是一些先进的仪器对电源提

4、 出了更新、更高的要求，使原来的电路技术特别是整流技术的效率大大下降 而不再适用。因此，必须采用新的器件，研究新的电路。现代电力电子技术的发展方向， 是从以低频技术处理问题为主的传统电 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，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MOSFE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，表明传统电 力电子技术已经进入现代电力电子时代。2、现代电力电子技术的发展概况2.

5、1 整流器时代大功率的工业用电由工频 （50Hz） 交流发电机提供，但是大约 20%的电能 是以直流形式消费的，其中最典型的是电解（ 有色金属和化工原料需要直流电解） 、牵引 （电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等）和直流传动 （轧钢、造纸等 ） 三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频 交流电转变为直流电，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶闸 管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了 - 股各地大办硅整流器 厂的热潮，目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产 物。2.2 逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频惆速因节能效果显

6、 著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0100Hz的交流电。在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（GTR）和门极可关断晶闸管（GTO）成为当时电力电子器件的 主角。类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。这时 的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低 频范围内。2.3 变频器时代 进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电 力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电 流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率 M0SFET 的问世

7、，导致了中小功率电源向高频化发展， 而后绝缘门极双极晶体管 （IGBT） 的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFE和IGBT的相继 问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计，到 1995 年 底，功率MOSFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步， 而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流 电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子 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。3、不间断电源UPS的发展与应用UPS 电源是一种供电较为

8、稳定、 安全的电源设备， 它是一种利用计算机、 通信系统等现代高科技技术进行分析和控制的不间断高性能电源，该电源的 使用层面比较广泛，可以被应用于很多的用电设备，比如工业用电、企业用 电等等。正处于发展中状态的中国，所有行业都还存在较多未开发的空白领 域，未来的UPS电源市场发展是不可限量的。当前，国家和政府正在大力推行节能减排，要求社会生产和生活活动应 当在减低能源消耗和环境污染的前提下进行，人们和企业、其它社会团体也 逐渐意识到了环境保护和能源节约的重要性。节能减排理念的深化从某种层 面拓展了 UPS电源市场的发展；此外，半导体技术等相关技术的发展更是为 UPS电源设备的生产和市场发展奠定

9、可良好的技术基础。3.1信息设备用UPS电源系统。近年来， 计算机技术的发展以及网络系统的完善使得计算机设备的应用 层面越来越广泛，无论在企业管理、工业生产，甚至是国家行政部门的工作 中，都有使用到计算机设备以及相关的附属产品，计算机设备虽然为人们带 来了便利，但是该设备的使用与社会电力供应质量发生了矛盾， 断电情况下， 会造成严重的问题，因此，计算机的使用需要一个持续的电源供应，保证设 备的持续运行。UPS电源设备在信息设备中的应用极大程度的保障了信息设 备的安全性、稳定性和持续性。其应用领域如： IT 、金融、信息产业、交通 管理、航天航空行业、数据管理、通信行业等等。有了 UPS电源设备

10、的保护， 在瞬时断电情况下，UPS电源设备会立即向对应系统提供电力供应，且不存 在间断时间，有效的保护了用户的操作。3.2工业动力用UPS电源系统。工业生产或者工业运行中，UPS电源设备主要连接到重要的用电设备中， 保证设备的持续运行，其应用领域如：矿产开发、有色金属、军事、食品医 疗、石油与化工生产、建筑施工等等， UPS电源设备的主要作用是作为此类 重要用电系统的信号装置、继电保护、分合闸、自动装置等的交、直流不间 断电源设备，为相应的系统提供持续稳定的电力供应。工业用的UPS电源设备是同类产品中较为高端的产品，售价也比较高，由于需要向较多的大功率 设备提供电源，因此其所采用的技术较为高端复杂，比如大功率能量变换的 电力电子技术、交流电源并联冗余技术以及数字化控制技术、大功率产品制 造技术等等。从工业层面来说，一般的工业企业很少有实力应用此类高端的 UPS电源产品，当然，由于产品生产具有较高的技术难度，而且成本较高， 也很少有企业能够进入这类高端产品的生产制造领域，相关的服务市场、元 件供应市场和技术市场还有待完善。4、总结随着电力电子技术的发展，特别是电子技术的发展，电器设备的种类越 来越多，任何电器设备都离不开电源，电源正发挥着举足轻重的作用，同时 随着不间断电源UPS应用的普及，以及科学技术的进步，特别是一些特殊领 域对电源提出了更高的要求，使 UPS电源设备在