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直流稳压电源的发展前景与应用

  现代电源技术是运用高频电力电子半导体器件,自动控制、高功用数字处理技术和电磁技术的多学科边际交叉技术。这些技术的老练与运用在各种高质量、高效、高可靠性的直流电源中起着要害的作用,是现代高频电力电子技术的整合运用。当时,高频电力电子开关器件作为降耗、节能、环保、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着运用技术高频化、硬件结构模块化、控制办法软件化、产品功用绿色化的方向打开。在不远的将来,高频电力电子技术将使电源技术愈加老练、经济、有用,结束高功率和高品质用电相结合。

  电力电子技术的打开

  直流稳压电源电力电子技术的打开方向,是从以低频技术为主的传统电力电子学,向以高频技术为主的现代电力电子学方向改动。电力电子技术始于上世纪的四十时代末五十时代初的硅整流器件,其打开先后履历了整流器时代、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运用。八十时代晚期和九十时代初期打开起来的、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现已进入现代电力电子时代。

  1. 整流器时代

  大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机供应,但是大约20%~40%的电能是以直流方式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需求直流电解)、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以70~85%的功率把工频交流电改动为直流电,因此在六十时代和七十时代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与运用得以很大打开。当时国内早年掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,现在全国大大小小的制作硅整流器的半导体厂家就是那时的产品,但是,整流器的高谐波烦扰,低转换功率,体积巨大,散热量大成了实践运用的瓶颈。

  2. 逆变器时代

  七十时代中期出现了世界范围的动力危机,交流电机变频调速因节能作用显著而迅速打开。变频调速的要害技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十时代到八十时代,跟着变频调速设备的广泛,大功率逆变用的晶闸管、大功率达林顿功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的运用还包含高压直流输出,停止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术现已能够结束整流和逆变,但作业频率较低,使得设备的体积依然巨大,功率器件的损耗较大,转换功率不够高,只是约束在中低频范围内。

  3. 变频器时代

  进入八十时代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛打开,为现代电力电子技术的打开奠定了基础。将集成电路的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,与之配套出现的软开关切换技术,PWM调制技术,谐振开关技术的运用,使得全控型功率器件,首要是金属氧化物功率管(M0SFET)的运用,促进中小功率直流电源向高频化打开,而绝缘栅极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频打开带来机会。MOSFET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M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已抵达平起平坐的境地,而用IGBT代替GTR在电力电子领域已成结论。新式器件的打开不只为交流电机变频调速供应了较高的频率,使其功用愈加完善可靠,而且使现代电力电子技术不断向高频化打开,促进交流--直流转换、直流--直流转换、直流--交流逆变技术不断前进,可靠性不断前进,为用电设备供应高效、节能、降耗、环保、电源体积小型化、电源重量轻量化、控制技术智能化和机电一体化的打开方向供应了重要的技术基础和技术确保。

  现代电力电子的运用领域

  1. 为高功用计算机供应高功率绿色电源

  移动通讯,通讯工程师的家园,通讯人才,求职招聘,网络优化,通讯工程,出差住宿,通讯企业黑名单 高速打开的计算机技术带领人类进入了信息社会,一同也促进了电源技术的迅速打开。八十时代,计算机全面选用了开关电源,首要结束计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。

  计算机技术的打开,提出绿色电脑和绿色电源的概念。绿色电脑是泛指对环境无害的个人电脑和相关产品,绿色电源系指与绿色电脑相关的高效、环保、低谐波烦扰的电源,依据美国环境维护署l992年6月17日“动力之星"方案规则,桌上型个人电脑或相关的外围设备,在睡觉状况下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,前进电源功率是下降电源消耗的底子途径。就现在功率为80%的200瓦开关电源而言,电源自身就要消耗40瓦的动力,显着,这与当时的动力严峻的形势形成了显着的对比,因此,待机功耗1W的开关电源现已成为当时的首要奋斗目标。

  2. 通讯用高频开关电源

  通讯业的迅速打开极大的推动了通讯电源的打开。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通讯供电系统的干流。在通讯领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)转换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网转换成标称值为48V的直流电源。现在在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源代替,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频作业,开关频率一般控制在50-300kHz范围内,结束高功率、低谐波和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A,但就主设备的可靠性工作和需求来看,干流的高频开关电源模块的输出容量底子上能够分为单相:48V/30A、48V/50A,三相:48V/100A。.V4p8Z)d1F

  3. 不间断电源(UPS)

  不间断电源(UPS)是计算机、通讯系统以及要求供应不能间断交流供电的场合所有必要的一种高可靠、高功用的交流不间断电源系统。

  交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器缺点时仍能向负载供应能量,另一路备用电源通过电源自动转换开关(ATS)来结束。

  现代UPS广泛了选用脉宽调制技术和功率IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以下降,而功率和可靠性得以前进。微处理器软硬件技术的引入,能够结束对UPS的智能化办理,进行远程维护和远程确诊。

  现在,在线式UPS的最大容量已可作到600kVA,从实践运用上看,单机容量越大,意味着风险系数也越大,因此,许多厂家正在活泼研讨模块化的UPS,以单台为15KVA/20KVA/30KVA/50KVA为单元,通过模块的逐渐并联,来抵达满足客户负载的需求,这样,不只能够结束N+1或许N+x的备份供电方式,更能够合理装备交流供电系统,抵达最佳的用电状况。

  4. 大功率开关型高压直流电源

  大功率开关型高压直流电源广泛运用于工业类设备:如静电除尘、水质改进、医用X光机和CT机等大型设备,电压高达50~l59kV,电流抵达0.5A以上,功率可达100kW,还有一个运用将是在IT业的IDC数据机房的供电上。

  自从70时代初步,日本的一些公司初步选用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80时代,高频开关电源技术迅速打开。德国西门子公司选用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率前进到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的运用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。

  国内对静电除尘高压直流电源进行了研发,市电经整流变为直流,选用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最终整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压抵达55kV,电流抵达15mA,作业频率为25.6kHz。

  5. 电力有源滤波器

  传统的交流-直流(AC-DC)转换器在投运时,将向电网注入很多的谐波电流,引起谐波损耗和烦扰,一同还出现设备网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。

  电力有源滤波器是一种能够动态克制谐波的新式电力电子设备,能克服传统LC滤波器的缺乏,是一种很有打开前途的谐波克制手法。滤波器由全桥桥开关功率转换器和侦测控制电路构成。与传统开关电源的区别是:

  1) 不只反响输出电压,还反响输入均匀电流;

  2) 电流环基准信号为电压环差错信号与全波整流电压取样信号之乘积。

  6. 散布式开关电源供电系统

  散布式电源供电系统选用小功率模块和大规模控制集成电路作底子部件,运用最新的数字控制理论和技术,高频开关技术效果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,然后使强电与弱电紧密结合,下降大功率元器件、大功率设备(会集式)的研发压力,前进出产功率。

  八十时代初期,对散布式高频开关电源系统的研讨底子会集在转换器并联技术的研讨上。八十时代中后期,跟着高频功率转换技术的迅述打开,各种转换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率设备的集成成为可能,然后迅速地推动了散布式高频开关电源系统研讨的打开。

  散布供电办法具有节能、可靠、高效、经济和维护便利等利益。已被大型计算机、通讯设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采用,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为抱负的供电办法。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有宽广的运用前景。