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開關(guān)電源的發(fā)展

發(fā)布時間： 2016-06-20 09:47:43 關(guān)注量：1578

開關(guān)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(shù)的發(fā)展，很多設(shè)備都向便攜式、微型化發(fā)展，這促使電源技術(shù)必須向高頻化發(fā)展，研究表明，電源產(chǎn)品的體積，重量與供電頻率的平方成反比。

1）電力電子設(shè)備的小型化、輕量化和高功率密度化

電力電子設(shè)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(shù)來降低開關(guān)電源的體積重量。20世紀人們在提高開關(guān)電源功率密度方面做了不少工作。開關(guān)電源的小型化、減輕重量對便攜式電子設(shè)備（如移動電話、數(shù)碼相機）尤為重要。為了實現(xiàn)開關(guān)電源高功率密度，必須提高PWM DC/DC轉(zhuǎn)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(shù)

1980年以前，開關(guān)電源中PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率為20～50 kHz，從1980年起，提高開關(guān)頻率成為減少開關(guān)電源尺寸的有效手段，同時也改善了開關(guān)電源的動態(tài)性能。現(xiàn)在⒛0～500 kHz已成為輸出100 W以下開關(guān)電源的標準開關(guān)頻率。特殊制造的小功率開關(guān)電源，其開關(guān)頻率已經(jīng)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(guān)電源DC/DC轉(zhuǎn)換器高功率密度的發(fā)展進程。可見，高頻化、高功率密度和高效率是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展進步的重要標志。

3）高效率和軟開關(guān)技術(shù)

PWM開關(guān)電源按硬開關(guān)模式工作時，在開關(guān)過程中，功率開關(guān)器件的電壓和電流波形有交疊，因而開關(guān)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(guān)頻率越高，開關(guān)損耗越大。為此，必須采取措施來提高高開關(guān)頻率DC/DC轉(zhuǎn)換器的效率。人們研究了在開關(guān)過程中開關(guān)器件的電壓和電流波形不相交疊的技術(shù)，即所謂零電壓開關(guān)（ZVS）和零電流開關(guān)（ZCS）技術(shù)，總稱為軟開關(guān)技術(shù)（相對于PWM硬開關(guān)技術(shù)而言）。除了減小開關(guān)損耗以外，應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)還可以大大降低開關(guān)的噪聲，以及減小了開關(guān)電源對外界的電磁干擾。

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

1994年2月，IEEE電力電子學(xué)會組織“功率轉(zhuǎn)換技術(shù)2000年展望專題研討會”，就DC/DC及AC/DC功率轉(zhuǎn)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(guān)轉(zhuǎn)換器”與開關(guān)器件的性能、無源元件的性能、封裝技術(shù)等有很大關(guān)系。并預(yù)測，與1994年相比，到2000年，在保證可靠性增強一倍的基礎(chǔ)上，DC/DC轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器產(chǎn)品已經(jīng)達到了這個目標。

4）同步整流技術(shù)

對于低電壓大電流輸出的開關(guān)電源，進一步提高其效率的措施是：在應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以功率MOS管反接作為整流用開關(guān)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(guān)電源的效率。有報道稱，應(yīng)用軟開關(guān)和同步整流技術(shù)的小功率DC/DC轉(zhuǎn)換器開關(guān)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(guān)（ZVS）開關(guān)電源上試驗的結(jié)果是，用SBD的開關(guān)電源效率為83％，電路損耗（包括整流器件、變壓器、開關(guān)管、控制電路、濾波器等）為21W；而改用SR后的開關(guān)電源效率為90％，電路損耗為11W。

5）壓電變壓器

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

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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(jīng)人介紹認識了艾德杰，試著從他們那里買了一套產(chǎn)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(shù)骨干和我們的技術(shù)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(yù)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(diào)試，產(chǎn)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(shè)計開發(fā)新產(chǎn)品，技術(shù)可靠，服務(wù)周到。
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中國中船重工集團707所

我們公司的工程師只擅長一部分工作，另一部分與電源有關(guān)的工作不是很擅長，公司有個新項目需要他人來合伙開發(fā)，生產(chǎn)，一時半會兒找不到合作伙伴。網(wǎng)上找到了艾德杰，經(jīng)過實地考察，我們決定和艾德杰試著合作一次，整個合作過程，我們多次溝通，商量，他們的工程師技術(shù)好，經(jīng)驗豐富，我們和他們一起探討，彼此的知識面都擴大了，合作過程中設(shè)計到多次修改，他們的工程師半句怨言都沒有，合作的過程非常滿意，產(chǎn)品準時交給我們使用，...
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北京鐵道機車研究所

一次偶然的機會艾德杰的銷售人員聯(lián)系到我們，我們抱著試試看的心情從他那里訂購了一臺電源，性能很好，從那之后我們就建立了長期的合作關(guān)系，偶爾有一點點的小故障，他們的工作人員都會很快的過來幫忙處理。服務(wù)熱情周到，他們才是我們的好兄弟，好幫手。
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李明仕

湖北武漢人 1970年7月出生碩士學(xué)歷。從事電源設(shè)計研發(fā)工作30年，先后擔任多家電源公司的技術(shù)總監(jiān) 技術(shù)成果 1． 1996年獲武漢市科學(xué)技術(shù)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(guān)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(guān)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(nèi)電源期刊上發(fā)表多篇論文。

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沈錦飛

1955年出生，現(xiàn)任江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院教授、碩士生導(dǎo)師。主要從事電力電子電路、裝置與電能質(zhì)量控制的研究和教學(xué)工作，發(fā)表學(xué)術(shù)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(xué)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(xué)會會員、江蘇省電工協(xié)會自動控制系統(tǒng)專委會委員、無錫市自動化學(xué)會理事、無錫市電機工程學(xué)會理事。

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顏文旭

1971 年出生，現(xiàn)任江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師。現(xiàn)主要從事電力電子技術(shù)及智能控制、機電一體化及過程控制等領(lǐng)域的研究和開發(fā)工作，發(fā)表學(xué)術(shù)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(xué)基金項目，省青年科學(xué)基金項目，市級重點實驗室建設(shè)，主持方塊地毯自動包裝生產(chǎn)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(shù)...

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