论文部分内容阅读
摘要：电源技术的应用领域非常广泛，本文首先介绍电源技术的应用，包括高效绿色电源、高频开关电源、不间断电源及变频器电源等，其次分析高频开关电源的发展趋势，指出开关电源的数字化、模块化、高频化和环保化，将成为今后研究的重点。
关键词：电源技术 发展趋势 高频开关 应用
目前，电力电子作为节能、自动化、机电一体化的的基础，正向着硬件结构模块化、产品节能环保化、应用技术高频化的方向发展。在未来的发展中，电力电子技术将使电源技术更加完善、技术更加成熟、经济环保，达到高性能和高效率相结合的用电模式。
1 电源技术的应用
1.1 高效绿色电源
随着计算机技术的快速发展，人类进入了信息时代，这同时也推动了电源技术的进步。上世纪末，计算机已经全面的采用开关电源技术，完成计算机电源的更新换代。这也促进了电源技术推广到各个电子、电气设备中。
在计算机发展的同时，提出了更为节能高效的绿色电源。美国环境保护署对绿色电源的要求为，家用电脑或其相似的设备，在待机状态下的耗电量需不大于30瓦。因此提高电源效最根本方式是降低电源的消耗量，例如效率为75%的100W开关电源，其自身的电源消耗量为25W。
1.2 通信用高频开关电源
随着通信行业的快速发展，极大的推进了通信电源的进步。目前通信供电系统主要应用小型化的高频开关电源技术及设备。通信行业将整流器称为一次电源，将直流—直流（DC/ DC）变换器称为二次电源。一次电源是将单相或三相交流电网转换成48V的直流电源。在程控交换机上使用的一次电源中，传统的相控式稳压电源已逐渐被先进的高频开关电源所代替，高频开关电源是通过MOSFET或IGBT的高频工作，通常开关的控制频率为50～ 100kHz，能够实现高效率和小型化。
1.3 直流—直流（DC/DC）变换器
直流—直流变换器的作用是将固定不变的直流电压转换成为可变的直流电压，这种技术目前应用比较广泛，如在高铁列车、无轨电车、轻轨列车的变速及控制，特点是将以上列车的加速更加稳定、快速，在获得稳定快速的同时，还能起到高效利用电能和节能的作用。应用直流斩波器取代原有的变阻器可使电能节约达到25%～35%。还可以起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
1.4 不间断电源（UPS）
不间断电源是将蓄电池与主机相连接，通过对逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统。主要用于各行业的电力电子设备和计算机等用电设备，提供稳定、不间断的电能输送。当市电发生故障时，UPS会立即将电池中的直流电能，通过逆变零切换的方式向用电设备继续提供220V的交流电源，使用电设备免于硬件的损坏并保护其正常工作。
1. 5 变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速，越来越多的应用于电气传动系统中，已经证实其节能效果显著。变频器电源通常采用交流—直流—交流的方式。工频电源通过整流器变成固定的直流电压，然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器，将直流电压逆变成可以交流输出的电源，并且电压和频率均可变，电源输出的波形类似于正弦波，多被应用于驱动交流异步电动机中的无级变速。
1. 6 大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源目前在大气污染治理中的除尘设备、水处理设备、医疗仪器设备等广泛的应用。电压高达50～150kV，电流达到0.5A以上，功率为100kW。
日本某公司在上世纪70年代以后，开始采用逆变技术，将市电整流逆变为中频，然后升压。到80年代后期，高频开关电源技术发展较快，德国西门子公司的使用功率晶体管作为开关元件的材料，应用后电源开关的频率可以升至20kHz左右。
2 高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术及电源系统广泛应用与各行业的今天，开关电源技术是尤为重要的。对于大型的电镀行业所用的电源，传统的电路系统非常繁杂且庞大，但如果使用先进的高频开关电源技术，其系统的空间和质量均会大幅的缩减，并且能够较以前提高电源的利用效率、节能降耗、控制成本。在汽车工业的发展中，也离不开开关电源技术，例如在电动汽车和变频传动中，使用开关电源来控制用电的频率，促使与负载完美的匹配和较稳定的控制。高频开关电源技术，还应用于各种大功率开关电源的核心技术。
2.1 高频化
通过理论研究和实践表明，电气设备的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。因此如果把频率从50Hz提高到20kHz时，用电设备的体积重量将会降至原来的1/20。
2.2 模块化
模块化是一是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。通常的器件模块包括1单位、2单元、6单元、7单元。包括开关器件和与之反并联的续流二极管，以上这些都属于标准的功率模块。目前不少公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中，形成智能功率模块。
2.3 数字化
传统的功率电子技术，控制是依据模拟信号来工作的。在1970年以后，电力电子技术全部是建立在模拟电路基础上，然而，目前应用更为广泛的是数字式信号和数字电路，数字处理技术已广泛应用并显现出众多优点：计算机控制简单、模拟信号不易模糊、提高信号的干扰能力、对于软件包调试更为简便，同时在诊断和容错功能技术上便于植入。因此智能化的开关电源，利用数字化的控制技术，需要计算机控制的参与。
2.4 环保化
电源系统的环保化包括：首先是节能，节约发电量也就是减少消耗量，进而控制环境的污染和破话，所以节能是减少环境污染的根本途径；其次需减少电源对电网的污染。实践中，许多电子节电设备，很容易对电网产生污染，向电网注入强烈的高次谐波电流，使总功率引述下降，使电网电压耦合更多毛刺尖峰。
3 结语
随着新型电力电子器件和高频开关的要求不断提高，电源技术将在市场需求的前提下加速发展。由于传统的应用技术会是功率器件性能受限导致电源的性能达不到要求，为了改变这种现状，使器件性能和开关性能相匹配，需开发新型的电源电路拓扑和控制手段，使功率开关工作在零电压或零电流时，极大提高工作的频率，开关电源工作的效率，研发出更适合实际需求的开关电源。开关电源技术会根据市场需要不断的发展，技术的更新会带动更先进产品的生产，还将扩展更多的应用领域，并逐步代替原有产品。如何实现开关电源的数字化、模块化、高频化、环保化，将成为今后研究的重点。
参考文献：
[1]梁晓鹏. 现代电源技术的应用及其发展趋势[J].内蒙古科技与经济，2007（5）
[2]崔晶，张丽娜.现代电力电子及电源技术的发展趋势[J].科技信息，2008（09）
[3]張子午.试论现代电力电子技术的发展趋势及应用[J].科技传播，2011（13）
[4]韩群.现代电源技术的应用及其发展趁势[J].黑龙江科技信息，2009（02）
工作单位：哈尔滨绿怡工程评价与检测有限责任公司
通讯地址： 黑龙江省 哈尔滨市 南岗区黄河路73号 哈工大水资源国家工程研
究中心 406室 收件人 杨晓枫（第一、二作者 请邮寄共2本期刊！）
联系电话：13009866918
个人简介：
杨晓枫（1973—），女，汉族，毕业于哈尔滨理工大学，电气工程及自动化专业，本科，工程师，主要从事电气设计工作。
关键词：电源技术 发展趋势 高频开关 应用
目前，电力电子作为节能、自动化、机电一体化的的基础，正向着硬件结构模块化、产品节能环保化、应用技术高频化的方向发展。在未来的发展中，电力电子技术将使电源技术更加完善、技术更加成熟、经济环保，达到高性能和高效率相结合的用电模式。
1 电源技术的应用
1.1 高效绿色电源
随着计算机技术的快速发展，人类进入了信息时代，这同时也推动了电源技术的进步。上世纪末，计算机已经全面的采用开关电源技术，完成计算机电源的更新换代。这也促进了电源技术推广到各个电子、电气设备中。
在计算机发展的同时，提出了更为节能高效的绿色电源。美国环境保护署对绿色电源的要求为，家用电脑或其相似的设备，在待机状态下的耗电量需不大于30瓦。因此提高电源效最根本方式是降低电源的消耗量，例如效率为75%的100W开关电源，其自身的电源消耗量为25W。
1.2 通信用高频开关电源
随着通信行业的快速发展，极大的推进了通信电源的进步。目前通信供电系统主要应用小型化的高频开关电源技术及设备。通信行业将整流器称为一次电源，将直流—直流（DC/ DC）变换器称为二次电源。一次电源是将单相或三相交流电网转换成48V的直流电源。在程控交换机上使用的一次电源中，传统的相控式稳压电源已逐渐被先进的高频开关电源所代替，高频开关电源是通过MOSFET或IGBT的高频工作，通常开关的控制频率为50～ 100kHz，能够实现高效率和小型化。
1.3 直流—直流（DC/DC）变换器
直流—直流变换器的作用是将固定不变的直流电压转换成为可变的直流电压，这种技术目前应用比较广泛，如在高铁列车、无轨电车、轻轨列车的变速及控制，特点是将以上列车的加速更加稳定、快速，在获得稳定快速的同时，还能起到高效利用电能和节能的作用。应用直流斩波器取代原有的变阻器可使电能节约达到25%～35%。还可以起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
1.4 不间断电源（UPS）
不间断电源是将蓄电池与主机相连接，通过对逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统。主要用于各行业的电力电子设备和计算机等用电设备，提供稳定、不间断的电能输送。当市电发生故障时，UPS会立即将电池中的直流电能，通过逆变零切换的方式向用电设备继续提供220V的交流电源，使用电设备免于硬件的损坏并保护其正常工作。
1. 5 变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速，越来越多的应用于电气传动系统中，已经证实其节能效果显著。变频器电源通常采用交流—直流—交流的方式。工频电源通过整流器变成固定的直流电压，然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器，将直流电压逆变成可以交流输出的电源，并且电压和频率均可变，电源输出的波形类似于正弦波，多被应用于驱动交流异步电动机中的无级变速。
1. 6 大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源目前在大气污染治理中的除尘设备、水处理设备、医疗仪器设备等广泛的应用。电压高达50～150kV，电流达到0.5A以上，功率为100kW。
日本某公司在上世纪70年代以后，开始采用逆变技术，将市电整流逆变为中频，然后升压。到80年代后期，高频开关电源技术发展较快，德国西门子公司的使用功率晶体管作为开关元件的材料，应用后电源开关的频率可以升至20kHz左右。
2 高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术及电源系统广泛应用与各行业的今天，开关电源技术是尤为重要的。对于大型的电镀行业所用的电源，传统的电路系统非常繁杂且庞大，但如果使用先进的高频开关电源技术，其系统的空间和质量均会大幅的缩减，并且能够较以前提高电源的利用效率、节能降耗、控制成本。在汽车工业的发展中，也离不开开关电源技术，例如在电动汽车和变频传动中，使用开关电源来控制用电的频率，促使与负载完美的匹配和较稳定的控制。高频开关电源技术，还应用于各种大功率开关电源的核心技术。
2.1 高频化
通过理论研究和实践表明，电气设备的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。因此如果把频率从50Hz提高到20kHz时，用电设备的体积重量将会降至原来的1/20。
2.2 模块化
模块化是一是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。通常的器件模块包括1单位、2单元、6单元、7单元。包括开关器件和与之反并联的续流二极管，以上这些都属于标准的功率模块。目前不少公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中，形成智能功率模块。
2.3 数字化
传统的功率电子技术，控制是依据模拟信号来工作的。在1970年以后，电力电子技术全部是建立在模拟电路基础上，然而，目前应用更为广泛的是数字式信号和数字电路，数字处理技术已广泛应用并显现出众多优点：计算机控制简单、模拟信号不易模糊、提高信号的干扰能力、对于软件包调试更为简便，同时在诊断和容错功能技术上便于植入。因此智能化的开关电源，利用数字化的控制技术，需要计算机控制的参与。
2.4 环保化
电源系统的环保化包括：首先是节能，节约发电量也就是减少消耗量，进而控制环境的污染和破话，所以节能是减少环境污染的根本途径；其次需减少电源对电网的污染。实践中，许多电子节电设备，很容易对电网产生污染，向电网注入强烈的高次谐波电流，使总功率引述下降，使电网电压耦合更多毛刺尖峰。
3 结语
随着新型电力电子器件和高频开关的要求不断提高，电源技术将在市场需求的前提下加速发展。由于传统的应用技术会是功率器件性能受限导致电源的性能达不到要求，为了改变这种现状，使器件性能和开关性能相匹配，需开发新型的电源电路拓扑和控制手段，使功率开关工作在零电压或零电流时，极大提高工作的频率，开关电源工作的效率，研发出更适合实际需求的开关电源。开关电源技术会根据市场需要不断的发展，技术的更新会带动更先进产品的生产，还将扩展更多的应用领域，并逐步代替原有产品。如何实现开关电源的数字化、模块化、高频化、环保化，将成为今后研究的重点。
参考文献：
[1]梁晓鹏. 现代电源技术的应用及其发展趋势[J].内蒙古科技与经济，2007（5）
[2]崔晶，张丽娜.现代电力电子及电源技术的发展趋势[J].科技信息，2008（09）
[3]張子午.试论现代电力电子技术的发展趋势及应用[J].科技传播，2011（13）
[4]韩群.现代电源技术的应用及其发展趁势[J].黑龙江科技信息，2009（02）
工作单位：哈尔滨绿怡工程评价与检测有限责任公司
通讯地址： 黑龙江省 哈尔滨市 南岗区黄河路73号 哈工大水资源国家工程研
究中心 406室 收件人 杨晓枫（第一、二作者 请邮寄共2本期刊！）
联系电话：13009866918
个人简介：
杨晓枫（1973—），女，汉族，毕业于哈尔滨理工大学，电气工程及自动化专业，本科，工程师，主要从事电气设计工作。