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你了解高频开关电源的特点吗?    2022-05-06

在电力电子技术的应用及各种电源系统中,开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源传统的电路非常庞大而笨重如果采用高顿开关电源技术其体积和重量都会大幅度下降而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中更是离不开开关电源技术,通过开关电源改变用电频率从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。

高频开关电源具有如下特点:

1 高频化

理论分析和实践经验表明电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz提高400倍的话用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机还是通讯电源用的开关式整流器都是基于这一原理。同样传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造成为“开关变换类电源”其主要材料可以节约90%或更高还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化带来显著节能、节水、节约材料的经济效益更可体现技术含量的价值。

2 模块化

模块化有两方面的含义其一是指功率器件的模块化其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块含有一单元、两单元、六单元直至七元包括开关器件和与之反并联的续流二极管实质上都属于“标准”功率模块。近年有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去构成了“智能化”功率模块不但缩小了整机的体积更方便了整机的设计制造。实际上由于频率的不断提高致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重对器件造成更大的电应力。为了提高系统的可靠性有些制造商开发了“用户专用”功率模块它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中使元器件之间不再有传统的引线连接这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片再把整个模块固定在相应的散热器上就构成一台新型的开关电源装置。由此可见模块化的目的不仅在于使用方便缩小整机体积更重要的是取消传统连线把寄生参数降到最小从而把器件承受的电应力降至最低提高系统的可靠性。

另外大功率的开关电源由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑一般采用多个独立的模块单元并联工作采用均流技术所有模块共同分担负载电流一旦其中某个模块失效其它模块再平均分担负载电流。这样不但提高了功率容量 在有限的器件容量的情况下满足了大电流输出的要求 而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块极大的提高系统可靠性即使万一出现单模块故障也不会影响系统的正常工作而且为修复提供充分的时间。

3 数字化

在传统功率电子技术中控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是现在数字式信号、数字电路显得越来越重要数字信号处理技术日趋完善成熟显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰、便于软件包调试和遥感遥测遥调也便于自诊断、容错等技术的植入。

4 绿色化

电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电这意味着发电容量的节约而发电是造成环境污染的重要原因所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能对电网产生污染国际电工委员会对此制定了一系列标准IEC555IEC917IECl000等。事实上许多功率电子节电设备往往会变成对电网的污染源向电网注入严重的高次谐波电流使总功率因数下降使电网电压耦合许多毛刺尖峰甚至出现缺角和畸变。20世纪末各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生有了多种修正功率因数的方法。这些为21世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。

现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性使器件性能对开关电源性能的影响减至最小新型的电源电路拓扑和新型的控制技术可使功率开关工作在零电压或零电流状态从而可大大的提高工作频率提高开关电源工作效率设计出性能优良的开关电源。

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