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開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析
從我國開關(guān)電源的發(fā)展過程可以了解國際開關(guān)電源發(fā)展的一個(gè)側(cè)面，雖然一般說來，我國技術(shù)發(fā)展水平與國際先進(jìn)水平平均有5～10年差距。 70年代起，我同在黑白電視機(jī)，中小型計(jì)算機(jī)中開始應(yīng)用5V，20-200A，20kHZ AC－ DC開關(guān)電源。80年代進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用階段，并開發(fā)研究0.5～5MHz準(zhǔn)諧振型軟開關(guān)電源。80年代中，我國通信（如程注交換機(jī)）電源在AC－DC及DC－DC開關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域中所六比重還比較低。80年代末我國通信電源大規(guī)模更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的鐵磁穩(wěn)壓-整流電源和晶閘管（Thyristor，原稱可控硅元件）相控穩(wěn)壓電源為大功率（48V， 6kw） AC－DC開關(guān)電源（通信系統(tǒng)中常稱為開關(guān)型整流器SMR）所持代；并開始在辦公室自動(dòng)化設(shè)備中得到應(yīng)用。工業(yè)應(yīng)用方面，在鍋爐火焰控制，繼電保護(hù)，激光，彩色TV，離子管燈絲發(fā)射電流調(diào)節(jié)，離子注射機(jī)，鹵鎢燈控制等系統(tǒng)中均有應(yīng)用。90年代我國又研制開發(fā)了一批新型專用非關(guān)電源，典型例子如下： 1.衛(wèi)星開關(guān)電源。東方紅三號(hào)通信衛(wèi)星、風(fēng)云一號(hào)、二號(hào)氣象衛(wèi)星均應(yīng)用了開關(guān)電源。特點(diǎn)是：多路輸出，不可維修性，要求長期不改變性能，設(shè)置冗余模塊，可靠性高，EMC 滿足空間環(huán)境條件，高效，輕小。 2遠(yuǎn)程火箭控制系統(tǒng)的DC－DC開關(guān)電源，要求發(fā)射過程中高度可靠。 3 1000kW牽引變流器4500V／1200A GTO門控250W開關(guān)電源。 4 40kW固體脈沖激光器的軟開關(guān)電源。用4臺(tái)10kw全橋多諧振ZVS變換器并聯(lián)。 5．焊機(jī)用雙IGBT管正激車電壓轉(zhuǎn)換一脈定調(diào)制（ZVT－PWM）軟開關(guān)電源。輸出20kW， 500A，開關(guān)頻率40kHZ，效率92％。特點(diǎn)是負(fù)載大范圍變化頻繁，工作環(huán)境惡劣。要求電源沖擊電流小，動(dòng)態(tài)特性好，無過沖，負(fù)載個(gè)影響軟開關(guān)性質(zhì)。 6.變電所在流操作系統(tǒng)開關(guān)電源。供繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置及蓄電池充電用。代替晶閘管調(diào)壓系統(tǒng)，輸出10A，180～286V。主開關(guān)管用IGBT或功率MOSFET。 7.單相和三相高功率因數(shù)整流器（有源功率同數(shù)校正器）。
可以看出20一30年中，我國開關(guān)電源的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)性能有很大進(jìn)展，這與因家基礎(chǔ)工業(yè)和國力增強(qiáng)有密切關(guān)系，也和國際先進(jìn)開關(guān)電源技術(shù)影響有關(guān)。充分顯示了中國電源技術(shù)人員的聰明才智和艱苦奮斗的創(chuàng)業(yè)精神。 90年代，中小型（500W以下）AC－DC和DC-DC開關(guān)電源的特點(diǎn)是：高頻化（開關(guān)頻率達(dá)300－400kHZ）以達(dá)到高功率密度，體小量輕；力求高效和高可靠；低成本；低輸出電壓（≤3V；AC輸入端高功率同數(shù)等。在今后5年內(nèi)仍然將沿這些方向發(fā)展。
主要技術(shù)標(biāo)志從技術(shù)上看，幾十年來推動(dòng)開關(guān)電源性能和技術(shù)水平不斷提高的本要標(biāo)志是：
1.新型高頻功率半導(dǎo)體器件的開發(fā)使實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源高頻化有了可能。 如功率MOSFET和IGBT已完全可代替功率晶體管和晶閘管，從而使中小型開關(guān)電源下作頻率可達(dá)到400kHZ（AC－DC）和1MHZ（DC-DC）的水平。超快恢復(fù)功率二極管，MOSF ET問步整流技術(shù)的開發(fā)也為高效低電壓輸出（例如3V）開關(guān)電源的研制有了可能。現(xiàn)正在探索研制耐高溫的高性能碳化磚功率來導(dǎo)體器件。
2.軟開關(guān)技術(shù)使高效率高頻開關(guān)變換器的實(shí)現(xiàn)有了可能。 PWM開關(guān)電源按硬開關(guān)模式工作（開／關(guān)過程中電壓卜降／上升和電流上升／下降波形有交疊），因而開關(guān)損耗大。開關(guān)電源高頻化可以縮小體積重量，但開關(guān)損耗卻更大了（功耗與頻率成正比）。為此必須研究開關(guān)電比／電流波形個(gè)交更的技術(shù)，即所謂零電壓（ZVS）／本電流（ZCS）開關(guān)技術(shù)，或稱軟開關(guān)技術(shù)（相對(duì)于PWM硬開關(guān)技術(shù)而言），小功率軟開關(guān)電源效率可提高到80一85％。 70年代諧報(bào)開關(guān)電源奠定了軟開關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)。以后新的軟開關(guān)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如準(zhǔn)諧振（80年代中）全橋移相ZVS－PWM，恒頻ZVS－PWM／ZCS－PWM（80年代末）ZVS －PWM有源鉗位；ZVT－PWM／ZCT-PWM（90年代初）全橋移相 ZV－ZCS－PWM（90年代中）等。我國已將最新軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用于6Kw通信電源中，效率達(dá)93%。
3.控制技術(shù)研究的進(jìn)展。如電流型控制及多環(huán)控制，電荷控制，一周期控制，功率因數(shù)控制，DSP控制；及相應(yīng)專用集成控制芯片的研制成功等，使開關(guān)電源動(dòng)態(tài)性能有很大提高，電路也大幅度簡化。
4.有源功率團(tuán)數(shù)校正技術(shù)（APFC）的開發(fā)，提高了AC－DC開關(guān)電源功率因數(shù)。 由于輸入端有整流一電容元件，AC－DC開關(guān)電源及一大類整流電源供電的電子設(shè)備（如逆變器，UPS）等的電網(wǎng)測(cè)功率團(tuán)數(shù)僅為0.65，80年代用APFC技術(shù)后可提高到0.95 ～0.99，既治理了電網(wǎng)的諧波“污染”，又提高了開關(guān)電源的整體效率。單相APFC是DC －DC開關(guān)變換器拓?fù)浜凸β室驍?shù)控制技術(shù)的具體應(yīng)用，而三相APFC則是三相PWM整流開關(guān)拓?fù)浜涂刂萍夹g(shù)的結(jié)合。
5.磁性元件新型磁材料和新型變壓器的開發(fā)。 如集成磁路，平面型磁心，超薄型（Low profile）變壓器；以及新型變壓器如壓電式，無磁心印制電路（PCB）變壓器等，使開關(guān)電源的尺寸重量都可減少許多。
6.新型電容器和EMI濾波器技術(shù)的進(jìn)步，使開關(guān)電源小型化并提高了EMC性能。
7.微處理器監(jiān)控和開關(guān)電源系統(tǒng)內(nèi)部通信技術(shù)的應(yīng)用，提高了電源系統(tǒng)的可靠性。 90年代末又提出了新型開關(guān)電源的研制開發(fā)，這也是新世紀(jì)開關(guān)電源的發(fā)展遠(yuǎn)景。如：用一級(jí)AC－DC開關(guān)變換器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓或穩(wěn)流，并具有功率因數(shù)校正功能，稱為單管單級(jí)（SingleSwitch Single Stage）或4S高功率因數(shù)AC－DC開關(guān)變換器；輸出1V， 50A的低電壓大電流DC－DC變換器，又稱電壓調(diào)節(jié)模塊VRM，以適應(yīng)下一代超快速微處理器供電的需求；多通道（Multi－Channel或Multi－Phase）DC－DC開關(guān)變換器；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（Server）的開關(guān)電源刊可攜帶式電子設(shè)備的高頻開關(guān)電源等。
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