电源技术总结诶

1 / 52 电源技术总结诶 所谓稳压，就是通过对电源施加某种控制手段，使其输出的电压不受输入电压和负载变化以及环境温度的影响。具有稳压能力的电源叫做稳压电源。 以半波整流为例，经过富氏分解可知整流后获得的脉动直流除了直流成分外，还含有频率为 f、 2f, 3f的交流成分。我们将这些 脉动的交流成分称为纹波 (ripple，也称谐波 harmonic)。纹波分量越大 ,直流电源的稳定程度越 差 。 纹 2 / 52 波 系 数 忽略 4次以上高次谐波，半波整流电路的 纹波系数为 : 忽略 4次以上高次谐波，全波整流电路的 纹波系数 Y为 : 纹波系数 Y越小电源的质量越好。全波整流电 3 / 52 路获得的脉动直流的纹波系数要比半波整流时小 得多，因此，全波整流电路比半波整流电路获得的 直流电压的质量要好。 利用控制系统来进行调整的方法以稳定输出电压，这就是稳压。作为一种电器设备，稳压电源有 输出侧和输入侧两个方面的指标。 稳压电源输出侧的技术指标主要有 :稳压系数 ;电压稳定度 ;负载调整率 ;输出电压的纹波分量 (脉动系数 );输出电压的温度系数 ;负载持续率和最大负载能力等。其中稳压系数或电压稳定度、负载调整率、输出的纹波系数二项指标最为重要。 输入侧的技术指标： 谐波含量 ICE610003-3-2标准 4 / 52 串联电感滤波电路是靠电感器和电容器对各次谐波呈现阻抗特性的不同，利用分压原理实现滤波的。 串联电感滤波电路与并联电容滤波电路 的区别： 1)与并联电容滤波电路相比，串联电感滤 波电路输出电压比较低。 2)容许电压波动范围 对于单相离线式开关稳压 造成这种现象的本质原因在于滤波原理不同。并电源，要求能够在输入侧的交流电压从 85伏变化 联电容滤波电路是靠电容充、放电时间常数的不同到 265 伏时，电 实现滤波的。每个周期里，输出电压总是从脉动电源电压必须能够保证输 出额定的电压和电流。 压的峰值开始向下降落，其降落程度因放电时间常数不同而5 / 52 有所差异 (受负载变化影响 )，但其数值总 并联电容滤波电路是靠电容充、放电时间常数的 在脉动直流的 峰值附近。而串联电感滤波电路是靠 差异实现滤波目的的 (放电时间常数远远大于充电 对谐波成分的分压，使得大部分 V 皆波分量降落 时间常数 )。由于二极管只在极短的时间内导通， 在输出滤波电感之上实现对谐波的滤除。串联的电 因此通过二极管的电流 1d是周期性的脉冲，这个 感器相当于纹波源的一个数值较大的内阻，在输出脉冲电流的平均值等于通过负载的直流 电流 Idc。 端上基本上仅剩下脉动直流中的直流分量，其输出并联电容器滤波电路的纹波系数 6 / 52 的电压数值自然小于脉动直流的峰值。 (1)滤波电容越大，纹波系数越小。即输出的纹 2)串联电感滤波电路具有比较平坦的输出特性。 波电压越小。 由于电感对高频交变电流具有明显阻碍作用，而 (2)负载电流越大，输出纹波电压越大。 对直流没有任何一阻碍作用，输出端基本上是脉动 (3)当t=RlC一定，则交流电源的频率越高，输 直流中的直流分量，因此输出特性自然具有平坦的出的纹波越小。当给定纹波系数 Y 以后，可以用 硬特性了。而这一特点说明了串联电感滤波电路具下式计算出所需要的电容容量 : 有较强的负载能力，也正是这个原因，串联电感滤 7 / 52 波电路常用于需要较大输出电流的场合。并联电容 滤波虽然 输出电压较高，但是当负载较重时电容就会因为泄放了较多的电荷而产生比较大的电压卜全波整流经并联电容滤波电路后的直流输出电 降，即旱现出比串联电感滤波电路更软的输出特 压： 性。因此，并联电容滤波适应于负载较轻的应用场 合。 并联电容输出纹波系数： 电感值小到一定程度，输出特性将向电容滤波电路转化、变软。 临界电感就是使电感电流处于断续与连续的分 8 / 52 界点的电感值。由于脉动电流的数值取决于脉动电 并联电容总结： (1)滤波电容越大，纹波系 压和电感的大小而与负载无关，为使电感电流连续数越小。即输出的纹波电压越小。 就必须使直流分量大于脉动电流值。由此可以推断 :临界电感值与电路中的电流大小有关 (与负载的大 (2)负载电流越大，输出纹波电压越大。 小有关 )。由上述分析不难看出也可以这样定义临 (3)当 =RLC 一定，则交流电源的频率越 界电感 :为保持滤波电感电流连续的最小电感取 高，输出的纹波越小。当给定纹波系数 Y 以后， 值 ，称为临界电感。 9 / 52 可以用下式计算出所需要的电容容量 : 由于感抗和频率呈正比，如果电路中的谐波频率很高，则很小的滤波电感就可以满足滤波需要，因此 我们还可以得出推论 :串联电感滤波电路的临界电感值与电路中的谐波频率有关。 串联电感滤波电路的纹波系数 按照临界电感的定义 :使直流电流分量与 谐波电流的峰值相等 (Ide=Im)时的电感值 就是临界电感 临界电感与负载电 阻有关 (成正比 )，与谐波频率有关 (成反比 )。 从滤波效果石依次为 : -L 型、串联电感型、 一 R 型和并联电容型。 10 / 52 Buck电路： 工 作过程分析 动态过程的第一个阶段，也是动态过程的初始阶段。这一阶段的特点是 :不论开关的状态如何，电容的充电电流由大变小，但电容的充电电流始终大于零。电容电压是在不断升高，输出电流也在不断增加。 动态过渡过程的第二阶段，也是后期阶段。这个阶段的特点是 :随着输出电压的不断升高感电流的增量 在逐渐变小，电容的充电电流由始终大于零变为时而大于零 (充电 )，小于零(放电 )，而总的趋势仍然是输出电压还在不断升高。 当一个开关周期内电容的充、放电电荷相等时电路就进入了稳态。这个阶段的特点是 :电容的充、放电电流在一个周期内的平均值等于零，输出电压的平均值保持不变，输出电压存在因电容充、放电 形成的脉动成分。 由上述分析可知 : 11 / 52 1)零初始条件下固定占空比工作时，变换器经历动态过程和稳态过程两大阶段。动态阶段的特点是电容电压逐渐升高，一个周期内电感电流的平均值大于负载电流，电容的充电电荷大于放电电荷 ;稳态阶段的特点是一个周期内电感电流的平均值等于负载电流值，电容的 充、放电电荷相等，输出电压平均值不变。 2)调节 .片空比 D可以改变输出电压的大小。 3)稳态时，输出电压的平均值虽然保持不变， 但输出电压存在因电容充放电引起的脉动。 4)电感电流私 电容电流均呈现脉动形状，在 开关闭合时电感电流和电容电流增加， 开关断开时电感电流和电容电流下降。 5)为了使变换器电路能具有由占空比 D来控制输出电压的能力，电路中必须接入一个基本负载 R。不论占空比多么小或怎样变化，一方面由于每个周期内所建立起来的电感电流将完全成为电容的充电电流。于是经过若干 12 / 52 个周期后电容电压的稳态值必然是 V;，不能实现对输出电压控制的目的。另一方面接入一个电阻就形成一个基本的负载电流，保证后边的串联电感滤波器工作在电流连续 状态，使输出具有可调节的平坦特性，这也和实际使用的情形一致。 电感电流连续时的情况 (CCM): 电感电流断续时的情况 (DCM) 基于前面的分析我们知道不论电感电流 是否断续，处于稳态时一个周期内电感电流的净变化量等于零。由于电感电流断续，电感电流仅在开关断开期间内的一部分时间里存在，因此电感电流的 负 增 量 13 / 52 为 : 2）滤波电感 根据上面的分析可知电感电流 IL 是周期性脉动，是一个锯齿波形状的脉动电流。点感的平 均值等于输出的负载电流Io，是指非理想的开关 管在开通时，开关管的电压不是立即下降到零，而是有一个下降时间，同时它的电流也不是立即上升到负载电流，也有一个上升时间。在这段时间内，开关管的电流和电压有一个交叠区，会产生损耗，这个损耗即为开通损耗。 五：并联 引起各个模块输出电流不平衡的根本原因是各个 模块的输出阻抗的不一致。 实际上即便是具有相同输出阻抗的模块， 14 / 52 在并联运行时也会因为各自输出端连线电阻的不 同引起输出电流产生差异，此时输出线路的电阻可 以等效看成是电源内阻的一部分。因此，一般而言 多模块并联 时各模块的输出电流是不会自动均衡 的。 均流原理：明当模块的输出阻抗不等时，为使输出 电流均衡，可以用适当增加高输出阻抗模块的输出 电压或者适当降低低输出阻抗模块的输出电压来 实现。 下垂特性调整法特点 : 1)无须任何外接联线 ，即可实现各模块并联运行。 15 / 52 2)仅需在内部增加电流反馈信号参与控制即可，系 统构成简单。 3)不受井联模块数量限制，容易实现 N+ 1兀余， 系统可靠性高。 4)属于有差控制，不能作到完全均流。 主从控制法的特点是 : 1)主模块 是系统的薄弱环节，主模块损坏则全部瘫 痪。 2)主、从模块之间必须通讯 (接收电流给定信号 ) 3)无法构成冗余系统。 4)构成的均流系统可以实现完全均衡。 16 / 52 闭环负反馈对传递函数的作用：负反馈对系统的传 递函数的确会产生影响，如果构成负反馈闭环系统 的开环传递函数 T(s)的增益足够大，则可以有效地 改变系统的传递函数，使输入电压到输出电压的传 递关系减弱了 1/1+T(s)倍，使输出阻抗降低了 1/1+T(s)倍，这种改变更加有利于克服输入电压 Vi 和负载电流 Io 变化对输出电压的影响；参考输入到输出的传递关系与前向通道各环节无关，而仅与系统反馈环节的增益 H(s)有关，两者之间相差 1/H(s)倍 当电 17 / 52 路中没有谐波成分时 ，功率因数的定义： 当电路中含有谐波成分时，功率因数的定义： 磁性材料特征参量主要有： 初始导磁率 ui 饱和磁感应强度 Bs 剩余磁感应强度 Br 娇顽磁力 Hc 居里温度 Tc 磁芯损耗 Pe 电感系数 AL 民主均流法 (最大电流跟踪法 ) 综上所述，民主均流法的特点是 : 1)不受井联模块数目限制，容易实现 N+ 1 冗余，获得高可靠性。 2)互联线少，实现比较方便。 3)属于有差均衡系统。 开关电源原理总结 18 / 52 站长编著 第一部分：功率电子器件 第一节：功率电子器件及其应用要求 功率电子器件大量被应用于电源、伺服驱动、变频器、电机保护器等功率电子设备。这些设备都是自动化系统中必不可少的，因此，我们了解它 们是必要的。 近年来，随着应用日益高速发展的需求，推动了功率电子器件的制造工艺的研究和发展，功率电子器件有了飞跃性的进步。器件的类型朝多元化发展，性能也越来越改善。大致来讲，功率器件的发展，体现在如下方面： 1 器件能够快速恢复，以满足越来越高的速度需要。以开关电源为例，采用双极型 晶体管时，速度可以到几十千赫；使用 MOSFET 和 IGBT，可以到几百千赫；而采用了谐振技术的开关电源，则可以达到兆赫以上。 19 / 52 2 通态压降降低。这可以减少器件损耗，有利于提高速度，减小器件 体积。 3 电流控制能力增大。电流能力的增大和速度的提高是一对矛盾，目前最大电流控 制能力，特别是在电力设备方面，还没有器件能完全替代可控硅。 4 额定电压：耐压高。耐压和电流都是体现驱动能力的重要参数，特别对电力系统， 这显得非常重要。 5 温度与功耗。这是一个综合性的参数，它制约了电流能力、开关速度等能力的提 高。目前有两个方向解决这个问题，一是继续提高功率器件的品质，二是改进控制技术来降低器件功耗，比如谐振式开20 / 52 关电源。 总体来讲，从耐压、电流能力看，可控硅目前仍然是最高的，在某些特定场合，仍然要使用大电流、高耐压的可控硅。但一般的工业自动化场合，功率电子器件已越来越多地使用MOSFET 和 IGBT，特别是 IGBT 获得了更多的使用，开始全面取代可控硅来做为新型的功率控制器件。 第二节：功率电子器件概览 一 整流二极管： 二极管是功率电子系统中不可或缺的器件，用于整流、续流等。目前比较多地使用如下三种选择： 1 高效快速恢复二极管。压降，适合小功率， 12V 左右电源 。 2 高效超快速二极管。，适合小功率， 12V左右电源。 3 肖特基势垒整流二极管 SBD。，适合 5V 等低压电源。缺点是其电阻和耐压的平方成正比，所以耐压低，反向漏电流较大，易热击穿。但速度比较快，通态压降低。 目前 SBD 的研究前沿，已经超过 1 万伏。 二大功率晶体管 GTR 分为： 21 / 52 单管形式。电流系数： 10-30。 双管形式 达林顿管。电流倍数： 100-1000。饱和压降大，速度慢。下图虚线部分即是达林顿管。 图 1-1：达林顿管应用 实际比较常用的是达林顿模块，它把 GTR、续流二极管、辅助电路做到一个模块内。在较早期的功率电子设备中，比较多地使用了这种器件。图 1-2是这种器件的内部典型结构。 图 1-2：达林顿模块电路典型结构 两个二极管左侧是加速二极管，右侧为续流二极管。加速二极管的原理是引进了电流串联正反馈，达到加速的目的。 这种器件的制造水平是 1800V/800A/2KHz、 600V/3A/100KHz左右。 三 可控硅 SCR 可控硅在大电流、高耐压场合还是必须的，但在常规工业控制的低压、中小电流控制中，已逐步被新型器件取代。 22 / 52 目前的研制水平在 12KV/8000A 左右。 由于可控硅换流电路复杂，逐步开发了门极关断晶闸管 GTO。制造水平达到8KV/8KA，频率为 1KHz左右。 无论是 SCR 还是 GTO，控制电路都过于复杂，特别是需要庞大的吸收电路。而且，速度低，因此限制了它的应用范围拓宽。 集成门极换流晶闸管 IGCT 和 MOS 关断晶闸管之类的器件在控制门极前使用了 MOS栅，从而达到硬关断能力。 四 功率 MOSFET 又叫功率场效应管或者功率场控晶体管。 其特点是驱动功率小，速度高，安全工作区宽。但高压时，导通电阻与电压的平方成正比，因而提高耐压和降低高压阻抗困难。 适合低压 100V以下，是比较理想的器件。 目前的研制水平在 1000V/65A 左右。商业化的产品达到23 / 52 60V/200A/2MHz、 500V/50A/100KHz。是目前速度最快的功率器件。 五 IGBT 又叫绝缘栅双极型晶体管。 这种器件的特点是集 MOSFET 与 GTR 的优点于一身。输入阻抗高，速度快，热稳定性好。通态电压低，耐压高，电流大。 目前这种器件的两个方向：一是朝大功率，二是朝高速度发展。大功率 IGBT模块达到 1200-1800A/1800-3300V 的水平。速度在中等电压区域，可达到 150-180KHz。 它的电流密度比 MOSFET 大，芯片面积只有 MOSFET 的 40%。但速度比 MOSFET低。 尽管电力电子器件发展过程远比我们现在描述的复杂，但是MOSFET 和 IGBT，特别是 IGBT 已经成为现代功率电子器件的主流。因此，我们下面的重点也是这两种器件。 第三节：功率场效应管 MOSFET 功率场效应管又叫功率场控晶体管。 一原理： 24 / 52 半导体结构分析略。本讲义附加了相关资料，供感兴趣的同事可以查阅。 实际上，功率场效应管也分结型、绝缘栅型。但通常 指后者中的 MOS 管，即 MOSFET。 它又分为 N沟道、 P 沟道两种。器件符号如下： N 沟道 P沟道 图 1-3： MOSFET的图形符号 MOS器件的电极分别为栅极 G、漏极 D、源极 S。 和普通 MOS管一样，它也有： 耗尽型：栅极电压为零时，即存在导电沟道。无论 VGS正负都起控制作用。 增强型：需要正偏置栅极电压，才生成导电沟道。达到饱和前， VGS正偏越大， IDS 越大。 一般使用的功率 MOSFET 多数是 N 沟道增强型。而且不同于25 / 52 一般小功率 MOS管的横向导电结构，使用了垂直导电结构，从而提高了耐压、电流能力，因此又叫 VMOSFET。 二特点： 这种器件的特点是输入绝缘电阻大，栅极电流基本为零。 驱动功率小，速度高，安全工作区宽。但高压时，导通电阻与电压的平方成正比，因而提高耐压和降低高压阻抗困难。 适合低压 100V以下，是比较理想的器件。 目前的研制水平在 1000V/65A 左右。 其速度可以达到几百 KHz，使用谐振技术可以达到兆级。 三参数与器件特性： 无载流子注入，速度取决于器件的电容充放电时间，与工作温度关系不大，故热稳定性好。 转移特性： ID随 UGS变化的曲线，成为转移特性。从下图可以看到，随着 UGS的上升，跨导将越来越高。 26 / 52 IDUGS 图 1-4： MOSFET的转移特性 输出特性： 输出特性反应了漏极电流随 VDS变化的规律。 这个特性和 VGS又有关联。下图反映了这种规律。 图中，爬坡段是非饱和区，水平段为饱和区，靠近横轴附近为截止区，这点和 GTR 图 1-5： MOSFET的输出特性 VGS=0时的饱和电流称为饱和漏电流 IDSS。 通态电阻 Ron： 通态电阻是器件的一个重要参数，决定了电路输出电压幅度和损耗。 该参数随温度上升线性增加。而且 VGS 增加，通态电阻减小。 跨导： MOSFET 的增益特性称为跨导。定义为： Gfs=ID/VGS 显然，这个数值越大越好，它反映了管子的栅极控制能力。 27 / 52 栅极阈值电压 栅极阈值电压 VGS是指开始有规定的漏极电流时的最低栅极电压。它具有负温度系数，结温每增加 45 度，阈值电压下降 10%。 电容 MOSFET 的一个明显特点是三个极间存在比较明显的寄生电容，这 些电容对开关速度有一定影响。偏置电压高时，电容效应也加大，因此对高压电子系统会有一定影响。 有些资料给出栅极电荷特性图，可以用于估算电容的影响。以栅源极为例，其特性如下： 可以看到：器件开通延迟时间内，电 荷积聚较慢。随着电压增加，电荷快速上升，对应着管子开通时间。最后，当电压增加到一定程度后，电荷增加再次变慢，此时管子已经导通。 实 训 设 计 报 告 项目名称： 现代电源技术实训报告 专 28 / 52 业：电子信息工程技术 班 级： 电 信 142 地 点： SY412 时 间： 指 导 教 师：王 海 李美华 职 称：讲 师 组 员： 李聪 罗流菊 辛杰 罗流菊 二零一五年 十二月十五日 项目一 晶体管串联稳压电源课程设计 一、设计目的 1、 培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。 2、 学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实 际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。 3、 进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数29 / 52 据处理等。 4、 研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性。 5、 学习串联型晶体管稳压电源的设计方法以及主要技术指标的测试方法。 6、培养学生的创新能力。 二、设计要求 1. 系统输出电压在 8V-10V可调 ; 2. 在 10V时输出电流不小于 100mA； 3. 输出电流在 100mA范围内输出电压的绝对误差不大于； 4. 主要单元电路和元器件参数计算、选择； 5. 画出总体电路图； 6. 安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板30 / 52 上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。 7. 调试电路 8. 电路性能指标测试 三、总体设计 直流稳压电源由变压器、整流、滤波、和稳压电路四部份组成，其原理框图如上图所示 。电网供给的电压经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压， 然后由整流电路转换成 方向不变，大小随时间变化的脉动电压，再用滤波器滤其分量，得到比较平直的直流电压。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。 、变压 变压部分是由一个 220V 交流电源和变压器组成的！变压 器31 / 52 是通过线圈的比例来调整输出电压的。由 Ui=(23)Uo 可大概确定线圈的匝数比！ 、整流 整流部分是由四个晶体二极管组成的，利用晶体二极管的正向导通、反向截止的特性，将交流电正流程变压直流电。 半波整流电路的优点是使用元器件少，电路简单； 缺点是效率低，输出电压脉动系数大 。 全波整流电路可用于稳定性较高、电流较大的场合 . 他与半波整流电路相比，具有效率高，输出电压脉动性小的优点；其缺点式变压器的体积相对增大。 桥式整流 32 / 52 二倍压整流电路一般用于高压、小电流的直流电路中。 、滤波 利用了电容通交流，阻直流的特性，可以将大部分的交流信号直接导向低端，从而达到滤波的效果 (a) (b) (c) A 图：电感滤波的优点是带负载能力好；缺点是输出电压较低，适合负载变动较大、负载电流大的场合。 B 图：电感滤波电路输出电压和电流脉动均会减少，优点是带负载能力好，缺点是输出电压较低。 C 图： LC滤波电路优点是输出的电压高，滤波效果好；缺点是输出电流小，带负载能力差，一般适用于负载电流较 小，要求稳定的场合。 33 / 52 四、单元电路设计 变压器降压电路 变压 器降压电路是利用电源变压器一、二次绕组匝数比的不同来实现电压变换的。电源变压器一次绕组的线径较细，匝数较多，二次绕组的线径较粗，匝数较少，可以有多个绕组。当变压器的一次绕组接在 220V 交流电压上时，二次绕组上就会感应出一定值的交流电压。 桥式整流电路 桥式整流是性能较好的全波整流电路，适用于稳定性要求较高，电流较大的场合。该电路采用四只整流二极管和无插头电源变压器。 在交流电压的正半周，整流二极管 VD1 和 VD3 导通， VD2 和VD4 截止；在交流电压的负半周，二极管 VD1 和 VD3 截止，VD2和 VD4 导通，在负载电阻 RL上会得到一个同全波整流电路一样的电压和电流。 桥式整流电路的优点是变压器二次绕组无需重心抽头，利用34 / 52 率高，整流二极管所承受的反向峰值电压低，带负载能力较强；缺点是需要四只整流二极管，电路相对复杂。 、电容滤波电路 电容滤波电路实在整流后输出直流电源两端并联一只容量较大的电解电容器，利用滤波电容器这种储能元件的充电与放点作用来达到滤波 的目的。经滤波电容器滤波后的直流电压变得较平滑，且输出电压的平均值也得到提高。滤波电容器的容量应根据负载 RL的大小来选择。 、稳压电路 电源技术的发展综述 电气 111 黄后福 201600307028 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35 / 52 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 【 1】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。 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36 / 52 使 【 2】电源技术更加成熟、经济、实用 ,实现用电的高效率和高品质。 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 50100kHz 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 37 / 52 【 3】轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制。 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。最新问世的双输出式 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 仪器公司最新的专利技术 “ 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38 / 52 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 39 / 52 【 4】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。 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 ,使得采用高工作频率的开关电源得以问世。 20 世纪 70 年代 , 开关频率终于突破了人耳听觉极限的20kHz , 随着电力 MOSFET 的应用 , 开关电源和开关频率进一步提高 ,使得电源体积更小 ,重量更轻 ,功率密度进一步提高。 20世纪 80年代 ,出现了采用准谐振技术的零电压开关电路和零电流开关电路 ,也就是我们所说的软开关技术。 开关电源作为电子设备中不可或缺的组成部分也在不断地改进 ,其高效率、高可靠、低 【 5】损耗、低噪声、抗干扰和模块化 ,是开关电源行业的发展方向。 在软开关变换电路中，有变频控制的 PFM，和恒频控制的40 / 52 PWM。 在功率因数校正电路方面，其电路通常采用升压拓扑结构。而较受关注的是 PFC的控制技术。目前最为常用的控制技术有三种：平均电流型控制、 CCM/DCM 边界控制、电流钳位控制。 在控制模式方面，有电压模式控制和电流模式控制。电压模式是单环控制，电流模式控制是双环控制。 【 6】 在新技术方面，近来开关变换器发展起来的本脉冲控制是最值得注意的方向之一。 开关电源正在高速度继续更新和发展 ,据统计 ,到 2001年 ,美国开关电源的市场仍以百 【 9】分之十几的年增长率发展 ,而我国的开关电源技术 却比较落后 ,开关电源市场更远未开拓 , 线性电源在我国的电源工业中仍占有相当大的比例。从长远的看 ,利用开关技术的电源必将在很多方面取代线性电源 ,这是电源工业发展的必然趋势 .因此 ,加紧研究和发展国产41 / 52 的开关电源 ,提高我国电力电子行业技术、生产队伍的科技水平和素质 ,培养这方面的人才己变得特别重要和刻不容缓 ,在我国高校以及专业技术教育中 ,加强开关电源技术的科研和人才的培 【 10】养 ,也显得特别有必要。 6 高频开关电源技术 高频开关电源是指电压调整功率的器件 ,是以高频开关 方式工作的一种直流稳压电源 , 它利用高频开关功率器件通过转换技术而制成的高频开关直流稳压电源 ,简称 开关电源 。 由于科学技术的不断发展，现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。其主要有以 下 4 种发展方向：高频化、模块化、数字化、绿色化。 开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现 ,将标志着开关电源技术的成熟 ,实现高效率用电和高品质用电相结合。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋 ,因此 , 同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动 , 并将很快发展起来。还 42 / 52 【 7】 有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。 7 数字开关电源技术发展 数字电源的含义主要包括 : 一是通过数字接口控制模拟开关稳压器 ; 二是用数字电路取代开关稳压器中的模拟电路。 数字电源系统的特点主要有 : 一是以数字信息构成智能化开关电源 ; 二是模拟组件与数字组件优化组合 ; 三是电源系统单片集成化 ; 四是数字电源达到高技术指标。 数字电源是一种新技术 , 其发展趋势 : 一是增强数字电源的功能 , 降低成本 ; 二是注重科技创新。 电源设计采用数字控制技术是大势所趋 ,更大集成度、更小尺寸、更高效率、更高安全 【 8】可靠性、更快瞬时响应、更高灵活性 , 以及更低的成本也将成为数字电源的设计方向。 43 / 52 8 电子变压器 电源装置 ,无论是直流电源还是交流电源 ,都要使用由软磁磁芯制成的电子变压器 (软磁电磁元件 )。电子变压器在电源技术中起着重要作用。电源技术要求电子变压器能适应外界使用条件 ,减少电磁干扰 ;完成功率传送 ,电压变换 ,绝缘隔离和纹波抑制等功能 ;提高效率 , 【 11】 降低成本。 纳米晶软磁材料和纳米薄膜软磁材料的近年来的研究热潮 ,将会使高频领域电源技术中的电磁器件发生革命性的变化 ,成为当代电源技术中应用的软磁材料研究开发的主要方向。非晶和微晶合金在近十年来发展迅速 , 不但在材料和工艺方面 , 而且在应用方面都取得了很大的进步。 信息技术是现在发展最 为迅速的技术领域。使用便携式信息传播和处理设备的数量 ,飞快地增长。这些便携式设备的发展趋势是轻薄短小化 ,其中薄型化尤为突出。因此 ,原来的三维软磁材料立体式和平面式铁心结构已经不能适应这种高频开关电源的需要 ,于是薄膜软磁材料应运而生。总之 ,电源技术是以开发电源产品这样一种商品为目的的 ,不能脱离市44 / 52 场来考虑选择使用的器件和材料。所以 ,追求性能价格比的市场规律 ,是推动电源产品发展的动力 , 【 12】也是推 动软磁材料发展的动力。 参考文献 【 1】陈晓东 .现代电力电子及电源技术的发展 .科技信息 .2016年第 1期 【 2】纪圣勇 .现代电力电子及电源技术的发展 .安徽电子信息职业技术学院学报 .206年第 3期 【 3】韦和平 .现代电力电子及电源技术的发展 . 现代电子技术 ( 半月刊 ) 【 4】李龙文 .开关电源技术的最新进展 .电源技术应用 .XX年8 月第 9卷第 8期 【 5】雷媛媛 , 吴胜益 .试论开关电源技术的发展 .通信电源技术 .XX年 7月 25 日第 25卷第 4期 45 / 52 【 6】赵军 .开关电源技术的发展 .船电技术 .XX年第 5 期 【 7】张晶宇 .高频开关电 源技术的意义及发展 【 8】 刘志春，苏震，李世诚，袁文 .数字开关电源技术的发展分析 .舰船电子工程 .2016年第 1 期 【 9】刘胜利 .现代高频开关电源技术 Ml.北京 :电子工业 出版社 .2001 【 10】郑耀添 .直流电源技术的发展方向 .韩山师范学院学报 .XX年 6 月 .第 26卷第 3期 【 11】徐泽玮 .电源技术与电子变压器 .电源技术应用 .XX 年1 月 .第 7卷第 l期 【 12】徐泽玮 .电源技术中应用的软磁材料发展回顾和分析( 二 ).金属功能材料 2 001年 12月第 8卷 *电源有限公司 2016年度工作总结暨 2016年度工作计划 46 / 52 2016年度工作总结 2016年面对严峻的国内外经济形势，电源公司在集团公司党委、董事会的正确领导下，干部、职工团结一致、共同努力，加速调整，深挖内潜 ,优化改革 ,扎实有效的开展各项工作，全年共计完成工业总产值 万元 ，实现主营业务收入 万元，利税 万元，其中利润 万元，完成固定资产投资 万元，争取技术改造资金 万元，顺利完成了年度目标任务。为公司在困境中坚定改革信心、优化内部结构、稳步提升经营水平、健康持续加速发展打下了良好基础。二一二年重点开展了以下几方面工作： 一、 稳定重点客户，开发新市场，提高销售服务水平，完善市场布局。 进入 2016 年，中国经济增速逐步放缓，美国经济延续次贷危机后的颓势增速缓慢，欧债危机动荡依旧，中国制造业遭遇前所未有的考验。面对困境，电源公司销售人员不断调整销售策略，通过卓实深入的工作，完善了市场布局。 重点大客户群的维护稳定。随着下游客户群出口减少、竞争加剧、产能下降。同行业厂家的生存压力骤然加大，新年伊始行业47 / 52 内即掀起了一场大幅降价、抢夺订单的风暴，直接造成公司一季度订单大幅减少。公司积极配合业务员发扬了连续作战的传统，历时近一个月反复与客户沟通、洽谈，并及时对客户反馈的性能 、外观、物流等信息整理改进、不断提高。在一季度末二季度 初重新在飞科、继明等原老客户处拿回份额，保证了生产的连续性。 、新客户加强开发。根据市场竞争加剧和布局调整需要，新客户开发已成为除老客户维稳外的第一要务，在经历了 3、 4 月份的阵痛后果断调整思路、抓住机遇，主动接触了三家较大规模的小家电 经销商。经过与经销商的贴牌合作、重点指定推荐后，逐步拓宽了销售渠道。通过反复筛选确定重点，公司配合业务员进行了重点攻关。全年共接触新客户近三十余家，截止 2016 年底建立正常供货关系近二十家，全年新开客户共销售货值 余万元，占全年完成额的 13，对全年的稳定生产提供了有力补充。同时也成为国内小家电新贵 上海奔腾的合格供应商，现已每月稳定供货20万只以上。 、努力提高服务水平。市场在竞争质量的同时，服务的高低也成为抓住市场的关键。根据市场现状，要求驻外业务员必须做到三个掌握，一要掌握客户的经营状况；二要掌 握客户的电池库存；三要掌握客户的使用反馈。在提高服务、规避风险的同时，抢抓订单。内勤人员加强沟48 / 52 通和协调，沟通客户所急、所需；协调客户反馈的改进、协调订单的提前运输。既保证客户需要，又要降低运输费用，减少客户的部门内反馈。 二、 革新工艺流程，改进生产方式，引入新设备，深挖内部潜能，人员结构合理优化，降低产品成本显著。 严峻的经济形势面前，唯有改革创新、优化调整才能为公司发展提供不竭动力。电源公司认清形势，坚定信心，开阔思路，做足发展新文章。 工艺流程革新产生巨大拉动作用。一年来全体职工凝心聚力，切实发挥人的主观能动性，不断创造新的增长动力。负极生产线 改造，把原来的大 片手工分切改为流水线自动分切，半成品转序更加快捷；正极极耳免贴胶带工艺改进，通过提高正极极耳点焊牢固度，加强卷绕质量的控制和规范封口摁帽动作，使免贴胶带电池性能不受任何影响，通过改进能够直接省去一道生产工序；卷绕方法改进，与同行业者交流经验，取长补短，淘汰了原来速度较慢、难度较大的错位卷绕法，使用一次性标准卷绕法，半成品一致性显著提高，生产效率也大幅度提高；装配车间流水生产线改造， 2016 年 3 月份开始全面推行滚槽涂油、离心注液、复合膜封口工艺，调整49 / 52 车间布局，引入流水线作业模式，产品光身电池外观更加一致、干 净，无需人工清洗即可使用，污水排放从源头得到根治，全年节省清洗材料费 10 余