浅谈电源及电源变换技术的发展

龙源期刊网浅谈电源及电源变换技术的发展作者：刘洁来源：《科学与财富》2016年第10期摘要：随着现代仪器设备及微电子技术的迅速发展，相继出现了相控型稳压电源、集成化线性稳压电源、新型智能开关电源、UPS电源、太阳能电源和程控电源等，人们对电源的要求越来越高。同时，全球的节能需求和电子设备必须遵守的强制性能效规范要求，以及便携装置小型化功能趋势推动着电源朝着高电源效率、低待机功耗、高功率密度、高可靠性、高集成度和低成本的方向发展[1]。因此，从经济角度和科学研究角度上看，研究电源变换技术和控制技术都是很有价值的。本文作者结合多年来的工作经验，对电源及电源变换技术的发展进行了研究，具有重要的参考意义。关键词：电源；电源变换；发展1电源与电源变换的类型供电电源总体上分为交流电源和直流电源两大类。蓄电池属于直流电源，既可作为直流电源系统备用电源，又可作为启动动力电源，还可作为交流配电设备操作电源。由于供电电源不总是能直接满足用电设备的需求，这样就需要一个中间环节将供电电源转变成用电设备需要的电源，这个环节就是电源变换。目前发达国家的电源80%以上是通过变换后才应用的[2]。电源变换有以下四种类型：（1）DC-DC变换，它将一种直流电能变换成另一种直流电能；（2）DC-AC变换，它将直流电能变换为交流电能，这种变流装置称为逆变器；（3）AC-DC变换，它将交流电能变换为直流电能；（4）AC-AC变换，它将一种交流电能变换为另一种交流电能。2电源与电源技术的现状2.1国内外电源的发展国外电源的发展大致经历了4代：第一代为直流电机电源，耗能大、效率低；第二代为自藕+硅整流式直流电源，使用自藕变压器调节输入电压，再由大功率硅整流管整流，效率较低、精度、纹波等技术指标差；第三代为可控硅电源，效率较高、功率范围宽，是目前广泛使用的电源；第四代为开关型直流电源，体积小，精度、纹波系数高、可靠性高，是未来直流电机驱动和电镀电解行业的主体电源[3]。我国的电源产业起步于1949年，历经几个发展阶段，已经发展到各行各业，如机械、邮电、铁路、电子、军工系统等都有电源开发与生产，还有大量国外产品公司进入我国，竞争逐步加剧[4]。龙源期刊网随着电子技术的发展，电子设备已由原来的静止独立系统发展为便携式综合系统。作为电子设备必不可少的供电电源部分，也由集中式供电方式发展为分布式供电方式，向着高效化，小型化，数字化，绿化等方向发展。2.2电源技术的现状当前在电源产业与电源相关的技术有：高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、高度智能化技术，以及诸多的电磁兼容相关技术、各种形式的功率因数校正技术、各种保护技术、并联均流控制技术、脉宽调制技术、各种变频调速技术、各种智能监测技术、各种智能化充电技术、微机控制技术、各种集成化技术、网络技术、各种形式的驱动技术和先进的工艺技术等[4]。在PWM（DC/DC）转换方面，能够提高有源模式效率的软开关和谐振模式拓扑正越来越受欢迎。PWM开关电源按硬开关模式工作，但开关损耗大。为此，必须研究零电压开关（ZVS）/零电流开关（ZCS）技术，或称软开关技术。软开关逆变技术研究的重要目的之一是实现PWM软开关技术，使它既能保持原来的优点，又能实现软开关工作。小功率软开关电源的效率可提高到80%～85%，我国已将最新软开关技术应用于6kW通信电源中，效率达93%。ZVS适合用于全桥主电路的控制，与传统的全桥移相控制相比，此法用较少引脚封装，降低了系统的复杂性，不但具有同样的转换效率，而且能改善过流和轻载性。3研究的内容和前景电子设备都是根据需要而发展的，由电源的发展趋势得出电源技术研究内容的主体是如何使电源设备小型化、高效率、低成本和绿化。这也是电源与电源技术的发展趋势，但这些趋势并非是彼此独立不相干的，因为各个因素之间存在着权衡取舍。数字电源控制技术的出现使更高功率密度和更高可靠性的实现成为可能。以下是对电源和电源技术研究的内容作简单的分析。3.1电源需具备一定的电源管理功能电源管理器件是在便携电子设备多样化过程中，使电池工作时间尽量延长的一种器件。它在节电方面发挥巨大作用，正在走高性能、高集成、小型化的道路[1]。随着技术进一步发展，电源将不再孤立存在，由于相同系统上各不同负载间的通信需求，需要把微控制器整合到电源中以便通信，并提供部分电源的管理。3.2电源的节能和绿化要求随着不可再生能源不断减少，节约能源及环保日益为人们所重视。自20世纪70年代以来，许多国家开展了新型可再生能源的研究、开发和利用工作，推动新能源的快速发展已经成为当务之急。近几年发展的新能源有：太阳能光伏电池，风能发电和燃料电池。燃料电池目前龙源期刊网已发展成为固定式的燃料电池和专用的汽车用燃料电池，其特点是变换效率高，对环境的污染几乎为零，体积小，可以在任何时候和地方方便地使用[2]。电源是节约能源的重要环节，逆变技术在节约能源的同时还能改善和提高抗电磁干扰的能力，减少谐波的污染。随着高性能的DSP控制器的出现，逆变电源的全数字控制成为现实。3.3便携和野外勘探领域野外勘探设备的供电电源的功率与输出电流的精度对探测结果的精度与分辨率有很大的关系。同时，由于其应用领域的特殊性，很多时候都是用蓄电池供电，需要电源具备较高的效率，低损耗，并且工作时间尽可能长，携带方便等。因此有必要安装电源变换器将单组或多组蓄电池变换成仪器需要的直流电源，并且要求这种电源体积小、质量小、又有高的转换效率。与此同时，便携式电子产品的数量越来越多，尺寸越来越小，发射功率越来越大，灵敏度越来越高，接受微弱信号的能力越来越强，要求电源更加灵活多样。便携式电子设备的小型化和低成本化使得电源以轻、薄、小和高效率为发展方向，而便携式电子设备电源的模块化、智能化已是当今电源技术的主流发展趋势。3.4数字电源技术数字电源具有四个主要特征：可编程性，监控性能的可知性，响应性和数字环路控制。采用数字电源控制技术的电源没有调谐环路元件，可避免故障和误调；有较宽的稳定工作范围；部件重复性更好；有较好的自诊断能力。传统的模拟电路控制存在电路复杂、调试困难、元器件易老化、输出性能低等缺点。为了克服这些弊端，发展了各种现代电源技术，包括开关电源，UPS电源，净化电源等。如今，电子设备配置的电源，正从升降电压的变压器转向开关电源、DC-DC变换器和变流器等。以电池作为电源的便携电子设备，则常会用到DC-DC变换器。作为下一代电源，采用DSP控制的数字电源已开发成功，进入产品化阶段。采用DSP作为逆变器的控制核心，集成度高、抗干扰能力强，可以用软件很容易地实现灵活、准确的在线控制与全部故障检测，便于实时控制。4结语由电源技术的发展可以看出，市场需求推动了技术的发展。电源广泛应用于各行业，并继续朝高频、高效、高密度化、低压、大电流化、多元化技术和绿化等方向发展。电源变换技术的数字化研究不仅具有广阔的发展前景，而且具有现实的应用意义。无论是其学术价值还是其市场地位和经济效益都将是巨大的，值得我们去研究开发。参考文献[1]电源与电源管理技术发展趋势访谈录.电源与电源管理技术专刊，2007：2～8.龙源期刊网[2]赵建统，薛红兵，梁树坤.浅谈电源产业及电源技术的发展趋势[J].电源世界，2007（2）：3～6.[3]廖晓科.逆变电源研究热点及发展[J].微电机，2008（07）.[4]李伟.数字控制逆变电源的研究与实现[D].武汉理工大学，2007.