感应加热电源开题报告

文献综述—、弓丨言随着功率电子技术的发展，高频开关电源在各个领域得到了广泛的应用。对于大功率负载的要求，可以由单台的大功率电源来提供或者由多台开关电源并联来提供。但是单台的大功率电源在设计和制造中存在极大的困难，成本也不合算，可靠性和稳定性也难以保障。由多台开关电源的并联系统却能很好的克服这些缺点并具有单台电源所不具备的优点。多台开关电源的并联系统的输出功率具有可扩展性。可以由N+n台变换器模块并联，其中N台用于供给负载所需的电流，n台为后备模块。当正在工作的模块即使有n台出现故障，电源系统仍然能够提供100%的负载电流。除了具有冗余技术的优点外，还可以实现热更换(Hotplug-in)，保证系统在不断电的情况下更换系统的失效模块，提高了系统的可维护性。分布式的电源系统具有很好的灵活性，可以将模块的开关频率进一步提高，从而提高模块的功率密度，使电源的体积，重量下降。系统的单个模块的电流应力减小，提高了系统的可靠性。另外，分布式电源系统使得模块易于标准化，减少产品的品种。二、高频开关电源的发展1技术发展目前我国通信、信息、家电和国防等领域的电源普遍采用高频开关电源，相控电源将逐渐被淘汰。国内开关电源技术的发展，基本上起源于20世纪70年代末和80年代初。当时引进的开关电源技术，在高等院校和一些科研院所停留在实验开发和教学阶段。20世纪80年代中期开关电源产品开始推广和应用。20世纪80年代开关电源的特点是采用20kHz脉宽调制(PWM)技术，效率可达65%~70%。经过20多年的不断发展，开关电源技术有了重大进步和突破。新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率MOSFET和IGBT可使小型开关电源的工作频率达到400kHz(AC/DC)或1MHz(DC/DC);软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高了电源的效率(国产6kW通信开关电源采用软开关技术，效率可达93%)；控制技术的发展以及专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因数校正技术(APFC)的开发，提高了AC/DC开关电源的功率因数，既治理了电网的谐波污染,又提高了开关电源的整体效率。新型磁性材料和新型变压器的开发、新型电容器和EMI滤波器技术的进步以及专用集成控制芯片的研制成功，使开关电源实现了小型化，并提高了EMC性能。微处理器监控技术的应用，提高了电源的可靠性，也适应了市场对其智能化的要求。新型半导体器件的发展是开关电源技术进步的龙头。目前正在研究高性能的碳化硅半导体器件，一旦开发成功，对电源技术的影响将是革命性的。此外，平面变压器、压电变压器及新型电容器等元器件的发展，也将对电源技术的发展起到重要作用。另外，集成化是开关电源的一个重要发展方向。通过控制电路的集成、驱动电路的集成以及保护电路的集成，最后达到整机的集成化生产。集成化和模块化减少了外部连线和焊接，提高了设备的可靠性，缩小了电源的体积，减轻了重量。目前。DC/DC开关电源的功率密度可达到7.3W/（每立方英寸120W）。总之，回顾开关电源技术的发展过程，可以看到，高效率、小型化、集成化、智能化以及高可靠性是大势所趋，也是今后的发展方向。生产发展在开关电源领域，我国的民族产业在国内一直占有举足轻重的地位。在开关电源应用的起步阶段，很多生产厂家采取的都是小作坊的生产模式。经过20余年的不懈努力，逐步向大规模生产转化，产品也从单一品种走向系列化。现在，我国已形成一批上亿元甚至10亿元以上产值的电源企业，有些产品已进入国际市场。市场发展我国信息产业、国防工业、家电行业，特别是电信业的迅猛发展，是电源市场发展的强大推动力。国家统计局最新资料显示，当前我国电子信息产业的产区、产出，销售总规模以及对国家经济增长的贡献均居全国个工业行业之首，成为我国工业第一支柱产业。开关电源巨大的市场需求孕育了大批电源生产企业。目前成规模的企业有十几家，分为3种类型：第一类是自主研制开发，已生产出具有先进水平的系列电源产品，不仅可以满足各种电子设备的需求，而且在航空、铁路、电力、国防及家电等领域中得到了广泛应用；第二类是中外合资企业，采用国外较为先进的技术，在国内用户中有较高的信誉度；第三类是进口部件在国内组装，然后直接销售到国外市场。这些产品质量好但成本也高，对国内市场的适应能力差。每年几十亿元的电源市场孕育了几百家开关电源生产企业，而且已有大量的国外产品和公司进入国内，今后的竞争将是技术的竞争、质量的竞争和服务的竞争，品牌效应越来越突出。市场的竞争和发展必将促使产业内部分化和重组，实现大企业的产品互动和整合营销，而适应不了市场竞争的企业将被淘汰。4.标准制定20世纪90年代初，高频开关电源的应用刚刚在电子、电信行业起步，适时颁布的《通信用高频开关整流器》和《通信局（站）电源系统总技术》等标准对指导生产、服务用户起到了重要作用，为高频开关电源在电信行业的迅速推广起到了积极作用。随着市场的扩大，用户对电源智能化程度的要求越来也高，有关通信电源集中监控的标准相继被推出。随着技术不断进步，经验逐渐累积，我国开关电源的行业标准急需修订，技术指标需要改进，测试方法需要完善，内容需要增加（例如动态响应、电磁兼容等）为把好产品质量关提供更可靠的依据。三、高频开关电源的主要技术标志从技术上看，几十年来推动开关电源性能和技术水平不断提高的主要标志有：（1） 新型高频功率半导体器件的开发使实现开关电源高频化有了可能功率MOSFET和IGBT已完全可以取代功率晶体管和晶闸管，从而使中小型开关电源工作频率可以达到400KHz（AC-DC）和lMHz（DC-DC）的水平。超快恢复功率极管，MOSFET同步整流技术的开发也使高效低电压输出（例如3V）开关电源的研制有了可能。现在正在探索研制耐高温的高性能炭化硅功率半导体器件。（2） 软开关技术使高频率开关变换器的实现有了可能PWM开关电源按硬开关模式工作（开/关过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠），因而开关损耗大。开关电源高频化可以缩减体积重量，但开关损耗却更大了（功率与频率成正比）。为此必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术，即所谓零电压开关（ZVS）/零电流开关（ZCS）技术，或称软开关技术。小功率软开关电源效率可以提咼到80-85%。70年代谐振开关电源奠定了软开关技术的基础，以后新的软开关技术不断涌现，如准谐振（80年代中），全桥ZVS-PWM、恒频ZVS-PWM/ZCS-PWM（80年代末）、ZVS-PWM有源钳位；ZVT-PWM/ZVCT-PWM（90年代初）；全桥移相ZV-ZCS-PWM（90年代中）等，我国己将最新软开关技术应用于6KW通信电源中，效率达93%。（3） 控制技术研究的进展例如电流型控制及多环控制，电荷控制，一周期控制，功率因数控制，DSP控制；及相应专用集成控制芯片的研制成功等，使开关电源动态性能有很大提高，电路也大幅度简化。（4） 有源功率因数校正技术（APFC）的开发，提高了AC-DC开关电源功率因数由于输入端有整流电容元件，AC-DC开关电源及一大类整流电源供电的电子设备（如逆变器，UPS）等的电网侧功率因数仅为0.65。80年代用APFC技术后可以提高到0.95-0.99。既治理了电网的谐波“污染”，又提高了开关电源的整体效率。单相APFC是DC-DC开关变换器拓扑和功率因数控制技术的具体应用，而三相APFC则是三相PWM整流开关拓扑和控制技术的结合。（5） 磁性元件新型材料和新型变压器的开发例如集成磁路，平面型磁心，超薄型（Lowprofile）变压器。新型变压器如压电式,无磁心印制电路（PCB）变压器等，使开关电源的尺寸重量都可减少许多。（6） 新型电容器和EMI滤波器技木的进步，使开关电源小型化并提高了EMC性能。（7） 微处理器监控和开关电源系统内部通信技术的应用，提高了电源系统的可靠性。90年代末又提出了新型开关电源的研制开发，这也是新世纪开关电源的远景。如:用一级AC-DC开关变换器实现稳压或稳流，并具有功率因数校正功能，称为单管单级（SingleSwitchSingleStage）或4S高功率因数AC-DC开关变换器；输出IV,50A的低电压大电流DC-DC变换器，又称电压调节模块VRM，以适应下一代超快速微处理器供电的需求；多通道（Multi-Channel或Multi-Phase）DC-DC开关变换器；网络服务器（Server）的开关电源和便携式电子设备的高频开关电源。四、 开关电源常用拓扑结构电源的拓扑结构也就是开关变换器的拓扑结构。开关变换器的拓扑结构是指用于转换、控制和调节输入电压的功率开关器和储能器件的不同配置。开关变换器的拓扑结构可分为两种基本类型：非隔离型（在工作期间输入电源和输出负载共用一个电流通路）和隔离型（能量转换是用一个相互耦合磁性元件来实现的，而且从电源到负载的耦合是借助于磁通而不是共同的电流）。变换拓扑结构是根据系统造价、性能指标和输入/输出负载特性等因素选定的。五、 高频开关电源均流技术的概况均流技术主要有:内阻法（下垂法），主从控制法，自动负载均流法，最大电流自动均流法，热应力自动均流法以及外加均流控制器均流法等等。其中，内阻法在并联模块之间没有均流母线，是真正的冗余结构。但是其电压调整率和均流精度之间难以谐调。各均流法各有其优缺点，其中最大电流自动均流法应用最广泛。此外，数字控制的电源设计也得到越来越广泛的关注。由于集成电路的发展，微处理器的控制功能的增强和运行速度的提高，使得微处理器在电源控制中替代模拟器件成为可能。采用数字控制的电源，其均流自然也是采用数字方法。其中比较理想的是用数字方式，采用平均电流自动均流法来实现。数字均流法用微处理器之间的串口通信取代了原来的均流母线。由于数字信号的抗干扰性高于模拟信号，数字均流的可靠性也更高。微处理器的运行速度的提高，使得要完成100ms级响应速度的均流绰绰有余。六、结束语近年来，我国通信业的迅速发展极大地推动了通信电源的发展，开关电源在通信系统中处于核心地位，并已成为现代通信供电系统的主流。传统的可控硅相控稳压电源不仅体积庞大，重量笨重，而且输出纹波大，动态响应差，效率低，已不能满足通信设备的要求。高频开关电源以其效率高，体积小，重量轻等优点已逐渐取代可控硅相控稳压电源。随着大规模集成电路的发展，要求电源模块实现小型化，因而需要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构，这就对高频开关电源技术提出了更高的要求。高频开关电源并联均流技术除了我们前面提到的技术外，还可以运用均流调节器集成电路UC3902来实现均流。另外数字控制法也会更加的广泛运用，也可以采用DSP芯片来实现交流模块的并联均流。总之，高频开关电源的并联均流技术将有很好的发展前景。参考文献侯振义•直流开关电源技术及应用•北京：电子工业出版社,2006.4华伟，周文定.现代电力电子器件及其应用.北京：北方交通大学出版社、清华大学出版社,2002.178-134周志敏，周纪海，纪爱华现代开关电源控制电路设计及应用.北京：人民邮电出报社，2005.5

Moussaoui,Z.；Batarseh,I.；Lee,H.;Kennedy,C.AnoverviewofthecontrolschemefordistributedpowersystemsSouthcon/96.ConferenceRecord,25-27June1996.rd,25-27June1996.王鸿麟，景占荣•通信基础电源•西安电子科技大学出版社，2001.1吴国忠，潘观立.开关电源并联系统的数字均流技术.2003年第一期66路秋生.直流稳压电源并联均流及实现.电子产品世界2002.12.张赞松，蔡宣三.高频开关电源的原理与设计•北京：电子工业出版社，1998.蔡宣三•电工电能新技术，1995年第3期.赵良炳•现代电力电子技术基础•北京：清华大学出版社，1996.路秋生，张艳杰•电源并联均流技术•黑龙江电阻技术，1999年第8期.刘胜利，严仰光•现代高频开关电源实用技术•电子工业出版社，2001.梁适•转换式电源供给器原理与设计.世界图书出版公司.许化民，陈乾宏，阮新波，严仰光多路输出DC/DC变换器的并联均流•电力电子技术，2000年第3期.“UC3902loadshareController”,Datasheet,UnitrodeCorporation.ApplicationNoteU-163.TheUC3902LoadShareControllerAndItsPerformanceInDistributedPowerSystemsbyLaszloBalogh.王俊，丘水生，杨波•电源并联的自动均流技术及其应用•全国电源技术年会论文集（第十四届）.毕业设计（论文）开题报告2•开题报告：一、课题的目的与意义。二、课题发展现

状和前景展望；三、课题主要内容和要求;四、研究状和前景展望；三、课题主要内容和要求;四、研究方法、步骤和措施开题报告-、本课题的选题意义功率半导体制造技术、微电子技术、计算机技术及控制理论的不断进步，带来了电力电子技术在器件应用上和能量变换应用上的日趋成熟，从而也引发了电源系统的历史性革命，使得体积小、重量轻、高效率、低纹波、动态响应快、控制精度高的高频开关电源取代传统线形电源成为不可逆转的趋势。随着科学技术的发展和现代化生产的发展，尤其是大型通讯基站、发电厂、变电所等应用场合，对大容量的直流电源系统的功率密度和系统的可靠性也提出了越来越高的要求。在电力电子线路方面，高频化已成为发展的重要趋势。提高工作的频率除了可以改善波形以外，还可以减少电抗和电容的体积，节约铁、铜等原材料。而且当电路中有变压器时，其体积更可以大大的减少。从而使开关电源进入了更广泛的领域。因此国外各大开关电源制造商都致力于开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn-Zn）材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能。电容器的小型化也是一项关键的技术。然而，在电力电子装置中，随着开关频率的提咼，开关损耗将成比例的增加，开关损耗成为制约开关频率提咼的重要因素，也成为器件能量损耗的主要部分。特别是大容量变流电路中，BJT、GTO关断时瞬时损耗本身就比较大，提高频率更会使得效率大幅度的降低。对这种矛盾的传统的解决办法只能是折中处理而不能两全其美，因此软开关技术得到人们越来越多的重视和发展。虽然近年来使用软开关的高频开关直流电源己经得到广泛的应用，但是大部分都是在中小功率的场合。而在大功率场合（像大型机车、通讯基站等）普遍采用的都是硬开关。提高在大功率场合中的软开关的应用是非常必需的。在开关电源中，从220V交流电网经整流后供给直流电是电力电子设备中应用最为广泛的基本变流方案。其中常常采用“二极管整流十电容滤波”来组成整流环节，这样会使得输入电流严重畸变，对电网产生严重的谐波污染而且功率因数较低。为了解决这个问题，业界提出了功率因数校正技术，提高AC—DC开关电源的输入端功率因数，来实现开关电源的绿色化。功率因数校正包括无源和有源功率因数校正（PFC）技术。无源校正技术即应用LC滤波网络，其结构较为简单，但滤波网络体积、重量较大。有源校正技术是在输入整流和DC/DC功率变换之间加一级有源功率因数校正（PF）电路，实际上也是一种DC/DC变换器，利用控制电路（现在有专用集成控制芯片），使输入端电流波形接近于正弦并保持与电压同相位，从而使输入端功率因数接近于1。多模块并联运行的分布式电源系统代替集中式电源供电系统已经成为大容量高频开关直流电源系统发展的一个重要方向。和集中式供电系统相比，分布式电源系统有更多的优点：能提咼系统的灵活性：可将模块的开关频率提咼到兆赫级，从而提咼了电源模块的功率密度，使电源系统的体积、重量下降;各个模块的功率半导体器件的电流应力减少，提高了系统的可靠性;可方便的实现N+l冗余供电：减少产品种类，便于标准化;并且分布式系统可非常方便的实现并联方式的扩展。当需要大功率输出时，可采用小功率电源模块、大规模控制集成电路做基本部件，组成“积木式”智能化大功率供电电源。这样做既大大的减轻了对大功率元器件和装置的研制压力。基于此，开关电源并联技术的重要性日益增加。但是并联的开关变换器模块间需要采用均流措施，用于保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块运行在电流极限值状态。因此采用可靠的均流措施是实现大功率电源系统的关键。针对大功率开关直流电源面临的这些技术难题，实际设计时提高开关电源的功率因数，采用更可靠、成熟的软开关技术，尤其是探索影响多模块并联系统稳定性的根本原因是本课题研究的重点。这对实现大容量电源系统的高功率密度和高可靠性的意义是巨大的，其应用前景非常的可观。二、课题发展现状和前景展望目前，通信电源大多采用高频开关电源代替相控电源，用阀控式密封铅酸蓄电池代替防酸式铅酸蓄电池，用计算机监控系统代替传统的人工控制技术，完成通信电源的更新换代工作。近年来，随着技术的进步，特别是功率器件的更新换代，新型电磁材料的不断使用，功率变换技术的不断改进，控制方法的不断进步，以及相关学科的技术不断融合，通信电源在系统的可靠性、稳定性，电磁兼容性，消除网侧电流谐波、提高电能利用率、降低损耗、提高系统的动态性能等等方面都取得长足的进步。此外，由于计算机监控系统在通信电源中的广泛应用，也使得电源的智能化程度不断提高，系统维护管理能力不断得到加强；而完善的接地系统和防雷措施进一步提高了电源的平均无故障时间MTBF。目前，通信电源正向高频化、高功率密度、高功率因数、高效率、高可靠性、高智能化方向发展。高频开关电源的应用在生产生活的方方面面，现在高频开关电源的并联均流研究也取得了更进一步的发展，开关电源系统的研究也将迈向新的领域，随着微电子技术的发展，高性能的微控制器和数字信号处理器（DSP）的运行速度和控制功能进一步提高，使运算延时，采样延时，采样精度误差等的影响可以忽略，数字控制在高频开关电源中的应用开始广泛起来，在逆变电源，UPS，通信电源等多领域，数字控制技术都得到了广泛的应用，数字控制能够使模块的设计更加灵活，可靠，并且方便维