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開關電源的發(fā)展

發(fā)布時間： 2016-06-20 09:47:43 關注量：1622

開關電源的發(fā)展使電源擺脫了笨重、低效的變壓線性電源，但是，隨著電子技術的發(fā)展，很多設備都向便攜式、微型化發(fā)展，這促使電源技術必須向高頻化發(fā)展，研究表明，電源產品的體積，重量與供電頻率的平方成反比。

1）電力電子設備的小型化、輕量化和高功率密度化

電力電子設備的發(fā)展方向之一是小型化，降低其體積、重量，提高功率密度。例如，隨著微處理器大規(guī)模集成電路（VLSI）尺寸的不斷減小，而供電電源的尺寸與微處理器相比卻要大得多。因此，必須采取新的技術來降低開關電源的體積重量。20世紀人們在提高開關電源功率密度方面做了不少工作。開關電源的小型化、減輕重量對便攜式電子設備（如移動電話、數碼相機）尤為重要。為了實現開關電源高功率密度，必須提高PWM DC/DC轉換器的工作頻率，從而減小電路中儲能元件的體積和重量。

2）高頻電力電子技術

1980年以前，開關電源中PWM DC/DC轉換器的開關頻率為20～50 kHz，從1980年起，提高開關頻率成為減少開關電源尺寸的有效手段，同時也改善了開關電源的動態(tài)性能。現在⒛0～500 kHz已成為輸出100 W以下開關電源的標準開關頻率。特殊制造的小功率開關電源，其開關頻率已經達到了幾兆赫。

給出了20世紀70年代以后的30年，通信和計算機用開關電源DC/DC轉換器高功率密度的發(fā)展進程?？梢?，高頻化、高功率密度和高效率是開關電源技術發(fā)展進步的重要標志。

3）高效率和軟開關技術

PWM開關電源按硬開關模式工作時，在開關過程中，功率開關器件的電壓和電流波形有交疊，因而開關損耗大。高頻化可以縮小感性元件和容性元件的體積重量，但開關頻率越高，開關損耗越大。為此，必須采取措施來提高高開關頻率DC/DC轉換器的效率。人們研究了在開關過程中開關器件的電壓和電流波形不相交疊的技術，即所謂零電壓開關（ZVS）和零電流開關（ZCS）技術，總稱為軟開關技術（相對于PWM硬開關技術而言）。除了減小開關損耗以外，應用軟開關技術還可以大大降低開關的噪聲，以及減小了開關電源對外界的電磁干擾。

20世紀90年代中期，30A/48V PWM DC/DC轉換器采用移相全橋ZVS-PWM技術后，重7kg，比用PWM技術的同類產品重量下降40％。軟開關技術的開發(fā)和應用，提高了開關電源的效率。據說，最近國外小功率DC/DC轉換器開關電源模塊（48/12V）總效率可以達到96％；48/5V DC/DC轉換器開關電源模塊的效率可以達到92％～93％。⒛世紀末，國內生產的通信用50～100 A輸出，全橋移相式ZVZCS-PWM開關電源模塊的效率超過93％。

1994年2月，IEEE電力電子學會組織“功率轉換技術2000年展望專題研討會”，就DC/DC及AC/DC功率轉換器的發(fā)展趨勢與需求進行討論。指出 “高功率密度DC/DC零電壓開關轉換器”與開關器件的性能、無源元件的性能、封裝技術等有很大關系。并預測，與1994年相比，到2000年，在保證可靠性增強一倍的基礎上，DC/DC轉換器的成本將降低一半，功率密度可以提高一倍。事實證明，有的DC/DC轉換器產品已經達到了這個目標。

4）同步整流技術

對于低電壓大電流輸出的開關電源，進一步提高其效率的措施是：在應用軟開關技術的基礎上，以功率MOS管反接作為整流用開關二極管，稱為同步整流（Synchronous Rectifier，SR），用皿代替肖特基二極管（SBD）可以降低整流管壓降，從而提高開關電源的效率。有報道稱，應用軟開關和同步整流技術的小功率DC/DC轉換器開關電源，48/12V模塊的效率可以達到96％、48％/5V模塊的效率可以達到92％～93％。

日本在一臺100 W的軟開關（ZVS）開關電源上試驗的結果是，用SBD的開關電源效率為83％，電路損耗（包括整流器件、變壓器、開關管、控制電路、濾波器等）為21W；而改用SR后的開關電源效率為90％，電路損耗為11W。

5）壓電變壓器

在高頻開關電源中，應用壓電（Piezo-e1ectric）變壓器（簡稱PET）可以使開關電源實現輕、小、薄和高功率密度。例如，一臺DC/DC開關電源中的PET，其DC/DC轉換器輸人為有源鉗位ZVS逆變電路，產生梯形波交流電，經過PET輸出給整流濾波電路。這里應指明的是，PET不屬于磁元件的范圍。

客戶感言

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北京合康億盛變頻科技股份有限公司

經人介紹認識了艾德杰，試著從他們那里買了一套產品，性能穩(wěn)定，故障幾乎沒有，即便有點小問題，他們也會過來處理，后來就一直和他們進行友好合作。
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武漢中元華電科技股份有限公司

在我們決定與艾德杰電源合作后，他們派出技術骨干和我們的技術部門溝通，充分了解了我司的使用需求后立即準備方案，待我們確認方案后，艾德杰的工作人員馬上將此提上日程，在距預約交貨期還有5天的時候，就已將我司定制的電源送上門，安裝調試，產品使用至今，一切良好，非常感謝艾德杰的鼎力支持，不辭勞苦的幫我們設計開發(fā)新產品，技術可靠，服務周到。
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北京鐵道機車研究所

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李明仕

湖北武漢人 1970年7月出生碩士學歷。從事電源設計研發(fā)工作30年，先后擔任多家電源公司的技術總監(jiān) 技術成果 1． 1996年獲武漢市科學技術研究成果證書武科成證字(96)第014號登記號WK9601003 成果名稱:DTK系列開關型直流穩(wěn)壓電源 2． 1996年武漢高創(chuàng)電子有限公司的電源項目獲得電源行業(yè)的第一個國家火炬計劃 3． 2000年武漢玉星電子有限責任公司<<電壓過零檢控軟開關電源>>項目獲科技部中小型企業(yè)創(chuàng)新基金無償資助,項目代號20004214054563 4.　電源方面各項專利近20項，其中發(fā)明專利2項。 5. 國內電源期刊上發(fā)表多篇論文。

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沈錦飛

1955年出生，現任江南大學物聯網學院教授、碩士生導師。主要從事電力電子電路、裝置與電能質量控制的研究和教學工作，發(fā)表學術論文30多篇，其中EI檢索5篇，獲得教育部科技進步獎、江蘇省教學成果獎、無錫市科技進步獎，多項發(fā)明專利，主編本科教材；被評為無錫市優(yōu)秀教師、市級先進個人。是中國自動化學會會員、江蘇省電工協會自動控制系統專委會委員、無錫市自動化學會理事、無錫市電機工程學會理事。

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顏文旭

1971 年出生，現任江南大學物聯網工程學院教授，碩士生導師?，F主要從事電力電子技術及智能控制、機電一體化及過程控制等領域的研究和開發(fā)工作，發(fā)表學術論文30篇（其中EI收錄6篇），獲專利12項，參加編制十二五國家級規(guī)劃教材，國家自然科學基金項目，省青年科學基金項目，市級重點實驗室建設，主持方塊地毯自動包裝生產線開發(fā)、2.0MW風力發(fā)電變流器、10kV高壓固態(tài)軟起動器、船舶壓載水物理強化處理核心技術...

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