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电源技术的发展综述 电气111 黄后福 201100307028 1 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,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50～100kHz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。必威体育精装版问世的双输出式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 仪器公司必威体育精装版的专利技术“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