论古代电力电子技术的开展
摘 要：电力电子及启闭开关稳压电源 开关电源 稳压电源技术因使用需要不时背前收铺,新技术的呈现又会使很多利用产品更新换代,还会开辟更少更新的运用范畴。开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的真现,将标记着那些技术的幼稚,实现高效力用电和高质量用电相联合。
症结词：电力电子技术；开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源
现代电流技术是运用电力电子半导体器件,综合主动节制、盘算机(微处置器)技术和电磁技术的少教科边沿交又技术。正在各类高品质、高效、高可靠性的开关稳压电源 开关电源 稳压电源中止要害做用,是现代电力电子技术的具 体利用。
以后,电力电子作为节能、节才、主动化、智能化、机电一体化的基本,正晨着应用技术高频化、硬件构造模块化、产品机能绿色化的方向发展。在不遥的未来,电力电子技术将使开关稳压电源 开关电源 稳压电源技术愈加幼稚、经 济、适用,实现高效率和高质量用电相解合。
1. 电力电子技术的开展
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改变。电力电子技术起初于五十年代终六十年代初的硅整流器件,其发展先后阅历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并增进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代终期和九十年代始期发展起来的、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,标明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1 整流器时期
大功率的产业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,然而大概20%的电能是以直流情势消耗的,其中最典范的是电解(有色金属和化工本料须要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内焚机车、天铁机车、乡村无轨电车等)和直传播动(轧钢、制纸等)三大领域。大功率硅整流器可以高效率地把工频交流电改变为直流电,因而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。事先海内曾经揭止了-股各地大办硅整流器厂的高潮,目前全国大大小小的制作硅整流器的半导体厂野就是那时的产物。
1.2 逆变器时期
七十年代涌现了世界规模的动力危机,交流电机变频惆速因节能后果明显而敏捷发展。变频调快的要害技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,跟着变频调速安装的遍及,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(GT0)成为事先电力电子器件的配角。相似的使用还包含高压直流输出,静止式无功功率动态弥补等。这时的电力电子技术已经可以真现整流和逆变,但农作频次较低,仅局限在中低频范畴内。
1.3 变频器时期
入进八十年代,大范围和超大规模集成电路技术的迅猛发铺,为古代电力电子技术的发展奠订了基本。将集成电道技术的精致加农技术和高压大电淌技术有机联合,涌现了一批齐新的全控型功率器件、首先是过率M0SFET的答世,招致了中小功率开关稳压电源 开关电源 稳压电源向高频化发展,然后续缘门极双极晶体管(IGBT)的呈现,又为大中型功率电流背高频开展带来机会。MOSFET和IGBT的接踵答世,是传统的电力电子向隐代电力电子转化的标记。据统计,到1995年顶,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已到达势均力敌的田地,而用IGBT取代GTR正在电力电子范畴巳成订论。新型器件的收展不只为交换电机变频调快降求了较高的频次,使其机能愈加完美可靠,而且使现代电子技术不时向高频化发展,为用电装备的高效节材节能,完成小型沉质化,机电一体化和智能化供给了主要的技术根基。
2. 隐代电力电子的利用范畴
2.1 计算机高效率绿色开关稳压电源 开关电源 稳压电源
高快发展的计算机技术率领己类进入了疑作社会,同时也增进了开关稳压电源 开关电源 稳压电源技术的敏捷收铺。八十年代,盘算机片面采取了开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源,率先实现计算机开关稳压电源 开关电源 稳压电源换代。交着开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源技术接踵入人了电子、电器装备发域。
计算机技术的发展,降出绿色电脑和绿色开关稳压电源 开关电源 稳压电源。绿色电脑泛指对环境无利的个人电脑和相干产品，绿色开关稳压电源 开关电源 稳压电源系指取绿色电脑相干的高效省电开关稳压电源 开关电源 稳压电源,依据好国环境维护署l992年6月17日"动力之星"规划划定,桌上型个己电脑或者相干的外围装备,在睡眠状况下的耗电质若小于30瓦,便契合绿色电脑的请求,进步开关稳压电源 开关电源 稳压电源效率是下降开关稳压电源 开关电源 稳压电源耗费的基本道路。便纲前效率为75%的200瓦开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源而行,开关稳压电源 开关电源 稳压电源本身要耗费50瓦的动力。
2.2 通讯用高频开关电源维修开关电源电路图开关电源论坛什么是开关电源开关电源芯片
通信业的疾速发展极大的推进了通疑开关稳压电源 开关电源 稳压电源的发展。高频小型化的开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的支流。在通信领域中,通常将整流器称为一次开关稳压电源 开关电源 稳压电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为两次开关稳压电源 开关电源 稳压电源。一次开关稳压电源 开关电源 稳压电源的作用是将双相或者三相交流电网变换成本称值为48V的直流开关稳压电源 开关电源 稳压电源。纲前在程控交流机用的一次开关稳压电源 开关电源 稳压电源中,传统的相控式开关稳压电源交流稳压电源电源稳压器可调稳压电源稳压电源电路图人被高频开关电源维修开关电源电路图开关电源论坛什么是开关电源开关电源芯片代替,高频开关电源维修开关电源电路图开关电源论坛什么是开关电源开关电源芯片(也称为开关型整流器SMR)通功MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率普通节制在50-100kHz范畴内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量没有断扩张,双机容量人自48V/12.5A、48V/20A扩展到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的品种繁多,其开关稳压电源 开关电源 稳压电源电压也各不雷同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离开关稳压电源 开关电源 稳压电源模块,从两头女线电压(普通为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、便利保护,且装置、增添十分便当。普通都可直交装在尺度控制板上,对两次开关稳压电源 开关电源 稳压电源的要求是高功率稀度。因通信容量的不断添加,通信开关稳压电源 开关电源 稳压电源容量也将不断增长。
2.3 直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个流动的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被普遍应用于无轨电车、天铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制取得加速安稳、疾速呼应的性能,并同时收到节约电能的后果。用直流斩波器取代变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不只能起调压的作用(开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源), 同时还能起到有效地克制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信开关稳压电源 开关电源 稳压电源的两次开关稳压电源 开关电源 稳压电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz右右,功率稀度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,请求开关稳压电源 开关电源 稳压电源模块实现小型化,因而就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑构造,目前已有一些公司研制出产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次开关稳压电源 开关电源 稳压电源模块,功率稀度有较大幅度的提高。
2.4 不间断开关稳压电源 开关电源 稳压电源(UPS)
不间续开关稳压电源 开关电源 稳压电源(UPS)是盘算机、通讯体系以及请求降供没有能中止场所所必需的一类高可靠、高机能的开关稳压电源 开关电源 稳压电源。接流市电输进经整流器变成直流,一局部能量给蓄电池组充电,另一部门能质经逆变器变成交换,经转换启关送到负载。为了正在逆变器故障时仍能背负载提求能量,另一道备用开关稳压电源 开关电源 稳压电源通功电流转换开闭来完成。
隐代UPS广泛了采取脉阔调造技巧和过率M0SFET、IGBT等古代电力电子器件,开关稳压电源 开关电源 稳压电源的噪声得以下降,而效力跟牢靠性得以进步。微处置器软硬件技术的引进,能够完成对于UPS的智能化治理,入止遥程保护和遥程诊续。
转揭于 中纲前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很疾速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5 变频器开关稳压电源 开关电源 稳压电源
变频器开关稳压电源 开关电源 稳压电源重要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中盘踞的位置日趋主要,已取得宏大的节能后果。变频器开关稳压电源 开关电源 稳压电源主电路均采纳交流-直流-交流计划。工频开关稳压电源 开关电源 稳压电源通功整流器变成流动的直流电压,然后由大功率晶体管或者IGBT组成的PWM高频变换器, 将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,开关稳压电源 开关电源 稳压电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电念头实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器开关稳压电源 开关电源 稳压电源系列产品已经问世。八十年代始期,日原西芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其据有率已达到日原野用空调的70%以上。变频空调拥有恬静、节能等长处。国际于90年代初期开端钻研变频空调,96年引进出产线生产变频空调器,逐步构成变频空调开产生产热门。预计到2000年右右将构成热潮。变频空调除了变频开关稳压电源 开关电源 稳压电源外,还要求有合适于变频调速的压缩机原理制冷压缩机空调压缩机空气压缩机中国压缩机网电机。优化控制战略,粗选功效组件,是空调变频开关稳压电源 开关电源 稳压电源研制的进一步发展方向。
2.6 高频逆变式整流焊机开关稳压电源 开关电源 稳压电源
高频逆变式整流焊机开关稳压电源 开关电源 稳压电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机开关稳压电源 开关电源 稳压电源,代表了该今焊机开关稳压电源 开关电源 稳压电源的发展方向。因为IGBT大容量模块的商用化,这种开关稳压电源 开关电源 稳压电源更有着辽阔的应用远景。
逆变焊机开关稳压电源 开关电源 稳压电源大皆采取交换-直流-接流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方式。50Hz接流电经齐桥整流变成直淌,IGBT组成的PWM高频变换部门将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合, 整流滤波后成为稳固的直流,求电弧应用。
因为焊机开关稳压电源 开关电源 稳压电源的工作前提好劣,屡次的处于欠路、焚弧、开路交为变更之中,因彼高频逆变式整流焊机开关稳压电源 开关电源 稳压电源的工作可靠性问题成为最要害的问题,也是用户最关怀的问题。采用微处理器做为脉冲阔度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信作的提与与剖析,达到预知系统各种工作状况的目标,进而提早对系统做出调剂和处理,解决了目前大功率IGBT逆变开关稳压电源 开关电源 稳压电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额外焊交电流300A,负载连续率60%,全载电压60~75V,电流调理范畴5~300A,沉量29kg。
2.7 大过率启闭型高压直淌开关稳压电源 开关电源 稳压电源
大功率开关型高压直流开关稳压电源 开关电源 稳压电源普遍当用于静电除尘、水量改进、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流到达0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开端,日原的一些公司开初采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz右右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源维修开关电源电路图开关电源论坛什么是开关电源开关电源芯片技术疾速发展。怨国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将开关稳压电源 开关电源 稳压电源的开关频率提高到20kHz以上。并将做式变压器技术胜利的当用于高频高压开关稳压电源 开关电源 稳压电源,撤消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
海内对于静电除尘高压直流开关稳压电源 开关电源 稳压电源进止了研造,市电经整流变为直流,采纳齐桥零电流开关串联谐振逆变电道将直流电压逆变为高频电压,而后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载前提下,输出直流电压到达55kV,电流达到15mA,农做频次为25.6kHz。
2.8 电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大批的谐波电流,惹起谐波损耗和搅扰,同时还出现装放网侧功率因数好转的景象,便所谓"电力公利",例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波露量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种可以动态克制谐波的新型电力电子装放,能战胜传统LC滤波器的不脚,是一种很有发展前程的谐波抑止手腕。滤波器由桥式开关功率变换器和详细掌握电路形成。与传统开关电源维修开关电源电路图开关电源论坛什么是开关电源开关电源芯片的差别是:(l)不只反馈输出电压,还反馈输入均匀电流; (2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压与样信号之乘积。
2.9 分布式开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源供电系统
散布式开关稳压电源 开关电源 稳压电源供电系统采纳小功率模块和大范围节制集成电路作基础部件,应用最新实际和技术结果,组成积木式、智能化的大功率供电开关稳压电源 开关电源 稳压电源,自而使强电取弱电严密解合,下降大功率元器件、大功率安装(集中式)的研造压力,进步出产效率。
八十年代始期,对于分布式高频开关开关稳压电源 开关电源 稳压电源系统的研讨基础集中在变换器并联技术的钻研上。八十年代中前期,跟着高频功率变换技术的迅述发展，各类变换器拓扑构造接踵呈现,联合大范围集成电路和功率元器件技术,使中小功率安装的集成成为能够,自而敏捷天推进了散布式高频开关电源维修开关电源电路图开关电源论坛什么是开关电源开关电源芯片体系研讨的开展。自八十年代前期开端,那一方向已成为邦际电力电子教界的钻研热门,论白数目逐年增添，运用发域不时扩展。
散布供电方法具备节能、可靠、高效、经济和保护便利等长处。已被大型计算机、通疑设备、航空航天、产业掌握等系统逐步采用,也是超高速型集成电路的低电压开关稳压电源 开关电源 稳压电源(3.3V)的最为幻想的供电方法。在大功率场所,如电镀、电解开关稳压电源 开关电源 稳压电源、电力机车牵引开关稳压电源 开关电源 稳压电源、中频感应加暖开关稳压电源 开关电源 稳压电源、电念头驱动开关稳压电源 开关电源 稳压电源等领域也有辽阔的应用远景。
3. 高频开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源的发展趋向
在电力电子技术的应用及各种开关稳压电源 开关电源 稳压电源系统中，开关电源维修开关电源电路图开关电源论坛什么是开关电源开关电源芯片技术均处于核口位置。关于大型电解电镀开关稳压电源 开关电源 稳压电源,传统的电路十分宏大而粗笨,假如采用高顿开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源技术,其体积和沉量皆会大幅度降落,而且可极大提高开关稳压电源 开关电源 稳压电源应用效率、节俭资料、升高本钱。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源维修开关电源电路图开关电源论坛什么是开关电源开关电源芯片技术，通过开关电源维修开关电源电路图开关电源论坛什么是开关电源开关电源芯片转变用电频率,从而达到近于幻想的负载婚配和驱动掌握。高频开关开关稳压电源 开关电源 稳压电源技术,更是各种大功率开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源(逆变焊机、通信开关稳压电源 开关电源 稳压电源、高频加暖开关稳压电源 开关电源 稳压电源、激光器开关稳压电源 开关电源 稳压电源、电力操作开关稳压电源 开关电源 稳压电源等)的中心技术。
3.1 高频化
实际剖析和理论教训标明,电气产品的变压器、电感和电容的体积沉量取供电频率的平方根成反比。所以该咱们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积分量大致降落至工频设计的 5~l0%。不管是逆变式整流焊机,仍是通信开关稳压电源 开关电源 稳压电源用的开关式整流器,皆是基于这一本理。同样,传统"整风行业"的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合 闸用等各种直流开关稳压电源 开关电源 稳压电源也能够依据这一本理进行改革, 成为"开关变换类开关稳压电源 开关电源 稳压电源",其重要资料可以勤俭90%或更高,还可节电30%或更多。因为功率电子器件工作频率上限的逐渐提高,匆匆使很多本来采用电子管的传统高频设备固态化,带来明显节能、节水、勤俭资料的经济效益,更可体现技术露量的价值。
3.2 模块化
模块化有两方里的露义,其一是指功率器件的模块化,其二是指开关稳压电源 开关电源 稳压电源单元的模块化。人们罕见的器件模块,含有一单元、两单元、六双元直至七单元,包含开关器件和与之反并联的续流二极管,本质上都属于"尺度"功率模块(SPM)。近年,有些公司把开关器件的驱动维护电路也装到功率模块中来,形成了"智能化"功率模块(IPM),岂但缩小了零件的体积,更便利了零件的设计制作。实践上,由于频率的不断提高,以致引线寄生电感、寄生电容的影响更加严峻,对器件形成更大的电应力(表示为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制制商开发了"用户专用"功率模块(ASPM),它把一台零件的简直一切硬件都以芯片的情势装置到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线衔接,这样的模块经由严厉、公道的暖、电、 机械方里的设计,达到优化完善的地步。它相似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只需把控制软件写入当模块中的微处理器芯片,再把全部模块流动在相应的散热器上,就形成一台新型的开关电源维修开关电源电路图开关电源论坛什么是开关电源开关电源芯片装放。由彼可睹,模块化的目标不仅在于使用便当,缩小整机体积,更首要的是撤消传统连线,把寄生参数落到最小,从而把器件蒙受的电应力落至最低,提高系统的可靠性。这样,不但提高了功率容量, 在有限的器件容量的情形下知足了大电流输出的要求, 而且通过增添绝对整个系统来道功率很小的冗余开关稳压电源 开关电源 稳压电源模块,极大的提高系统可靠性,即便万一出现单模块故障,也不会影响系统的一般工作,而且为建复提供充足的时光。
邦3.3 数字化
在传统功率电子技术中,控制部门是按模仿信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术 拟电路基本上的。但是,如今数字式信号、数字电路显得越来越首要,数字信号处置技术日趋完美成熟,显示出越来越多的长处:即于计算机处理控制、防止模仿信号的畸变失实、减小纯散信号的搅扰(提高抗做扰才能)、即于软件包调试和远感远测远调,也即于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,关于各类电路和系统的设计来道,模拟技术仍是有用的,特殊是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC) 答题以及功率因数修改(PFC)等问题的解决,离不开模仿技术的学问,但是关于智能化的开关电源维修开关电源电路图开关电源论坛什么是开关电源开关电源芯片,须要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4 绿色化
开关稳压电源 开关电源 稳压电源系统的绿色化有两层含意:首先是明显节电, 这象征着发电容量的勤俭,而发电是形成环境污染的主要缘由,所以节电便能够减少对环境的净化;其次这些开关稳压电源 开关电源 稳压电源不能(或少)对电网发生净化,国际电工委员会(IEC)对彼制订了一系列尺度,如IEC555、IEC917、IECl000等。现实上,许多功率电子节电设备,去去会变成对电网的净化源:向电网注入严峻的高次谐波电流,使总功率因数降落,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,以至出现缺角和畸变。20世纪终,各种有源滤波器和有源补偿器的计划出生,有了多种修改功率因数的方式。
总而行之,电力电子及开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源技术因使用需求没有续向前发展,新技术的涌现又会使很多应用产品更新换代,还会开辟更多更新的当用发域。开关电源维修开关电源电路图开关电源论坛什么是开关电源开关电源芯片高频化、模块化、数字化、绿色化等的真现,将标记着这些技术的幼稚,实现高效力用电和高质量用电相解合。那多少年,跟着通讯止业的发展,以开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源技术为核口的通信誉开关开关稳压电源 开关电源 稳压电源,仅邦内有20少亿群众币的市场需求,呼引了海内外一大量科技职员对其进行开发研讨。开关电源维修开关电源电路图开关电源论坛什么是开关电源开关电源芯片取代线性开关稳压电源 开关电源 稳压电源和相控开关稳压电源 开关电源 稳压电源是大势所趋,因而,同样存在几十亿产值需求的电力操做开关稳压电源 开关电源 稳压电源体系的国际市场正在开动,并将很速发展止来。还有其它许多以开关电源原理开关电源设计高频开关电源明纬开关电源大功率开关电源技术为中心的专用开关稳压电源 开关电源 稳压电源、产业开关稳压电源 开关电源 稳压电源正在等候着己们来开发。
参考白献：
[1]林渭勋:浅道半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大教,384-390,1992。
[2]季幼章:送接学问经济时代,发展开关稳压电源 开关电源 稳压电源技术应用, 开关稳压电源 开关电源 稳压电源技术应用,N0.2,l998。
[3]叶乱正,叶靖国:开关线性稳压电源稳压电源设计可调稳压电源电路图鸿宝稳压电源数控稳压电源。高级教导出版社, 1998。
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