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变频开关电源的技术发展

  现在的电源产品通常都会以很多种类型出现在人们的日常生活中,开关电源就是其中一种较为常见的类型,它又被称为交换式电源、开关变换器,是一种高频化电能转换装置,也是电源供应器的一种类型,应用十分广泛。下面我们主要来了解一下这类变频开关电源的技术发展吧。
  一、开关电源功率密度
  提高开关电源的功率密度,使之小型化、轻量化,是人们不断努力追求的目标。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备(如移动电话,数字相机等)尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有:
  (1)高频化。
  为了实现电源高功率密度,一定要提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。
  (2)应用压电变压器。
  应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料的“电压-振动”变换和“振动-电压”变换的性质传送能量,其等效电路如同一个串并联谐振电路,是功率变换领域的研究热点之一。
  (3)采用新型电容器。
  为了减小电力电子设备的体积和重量,要设法改进电容器的性能,提高能量密度,并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器,要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小等。
  二、高频磁与同步整流技术
  变频电源系统中应用大量磁元件,高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件,有许多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求:损耗小,散热性能好,磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注,纳米结晶软磁材料也已开发应用。高频化以后,为了提高电源的效率,要开发和应用软开关技术。它是过去几十年电源界的一个研究热点。
  三、分布电源结构
  分布电源系统适合于用作高速集成电路组成的大型工作站(如图像处理站)、大型数字电子交换系统等的电源,其优点是:可实现DC/DC变换器组件模块化;容易实现N+1功率冗余,易于扩增负载容量;可降低48V母线上的电流和电压降。现在分布电源系统有两种结构类型,一是两级结构,另一种是三级结构。
  四、PFC变换器
  由于AC/DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容,在正弦电压输入时,单相整流电源供电的电子设备,电网侧(交流输入端)功率因数仅为0.6~0.65。采用PFC(功率因数校正)变换器,网侧功率因数可提高到0.95~0.99,输入电流THD小于10%。既治理了电网的谐波污染,又提高了电源的整体效率。三相APFC的拓扑类型和控制策略虽然已经有很多种,但还有待继续研究发展。
  变频电源设备的制造特点是:非标准件多、劳动强度大、设计周期长、成本高等,而用户要求制造厂生产的电源产品更加实用、可靠性更高、更轻小、成本更低。这些情况使电源制造厂家承受巨大压力,迫切需要开展集成电源模块的研究开发,使电源产品的标准化、模块化、可制造性、规模生产、降低成本等目标得以实现。实际上,在电源集成技术的发展进程中,已经经历了电力半导体器件模块化,功率与控制电路的集成化,集成无源元件(包括磁集成技术)等发展阶段用基于仿真的专家系统进行电源系统的CAD,可使所设计的系统性能较优,减少设计制造费用,并能做可制造性分析,是21世纪仿真和CAD技术的发展方向之一。
  此外,电源系统的热测试、EMI测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展的。
  以上就是变频开关电源的技术发展详情,主要体现在它的功率密度、高频磁与同步整流技术、分布电源结构、PFC变换器等四个方面,每一个方面都是它技术进步和改善的重要体现,也是它获得长期优良发展的一个原因,至关重要。
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