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现代电源技术发展综述
来源: | 作者:pmoaf1d4f | 发布时间: 2017-04-27 | 6197 次浏览 | 分享到:
       现代电源技术是应用电力电子半导体器件、综合自动控制、计算机（微处理器）技术和电磁技术的多学科边缘交又技术。它在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用，是现代电力电子技术的具体应用。
　　当前，电力电子作为节能、自动化、智能化、机电一体化的基础，正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来，电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用，实现高效率和高品质用电相结合。
一、现代电源技术发展
1.现代电源技术概况
        现代电源技术应用范围广泛，特别是它综合了多种学科的先进的知识，能为高新技术的发展提供有力的支撑。
电源的种类按照不同的分类标准来看，主要有以下几种：按输入-输出分为AC-AC、AC-DC、DC-DC、DC-AC；按工作状态分为线性电源、开关电源、二极管稳压电源；按同负载连接稳压方式分为串联型稳压电源、并联型稳压电源。在各种电源中开关电源以其体积小、效率高、环路PWM控制、输出短路和过载保护等特性已占领了电源市场，在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。电源设备用以实现电能变换和功率传递，是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。
2.电源技术的发展趋势
        随着电力电子技术的不断发展，电力电子器件的不断更新升级，现代电源技术势必会得到不断的发展，其发展的主要趋势是：
首先，技术的模块化、智能化。电源技术模块化有两方面的含义, 其一是指功率器件的模块化, 其二是指电源单元的模块化。新型电源将其各种模块集成在一起，使开关电源的体积进一步缩小，提高了器件的稳定性和系统的可靠性。输出稳压电路模块化，使电源在实际应用中更加灵活、方便、智能。
其次，技术的多元化，数字化。现代电子技术是一门综合性技术学科，电源技术的发展与相关技术的发展是相互促进的。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、电磁兼容技术等，为了不断进行技术创新，电源技术要了解相关行业的技术水平和动态，及时更新知识技能。
最后，技术的绿色化。在工业化进程中，环境友好越来越受到全社会的关注。因此电源技术的低能耗、低污染、高效率已成为发展的必然趋势。使新的电源技术能够节约能源消耗，减少对环境的污染，同时提高用电效率，避免能源浪费。20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，能够修正功率因数，为21世纪批量生产各种绿色电源产品奠定了基础。
二、现代电力电子技术的发展
1.现代电力电子技术的发展历程
        电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科技的发展，电力电子技术和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。
现代电力电子技术的发展经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，各种电力电子器件不断更新，也促进了电力电子技术在许多新领域的应用。
具体的发展历程是：
        第一，整流器时代。大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供，但是大约有20%的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解、牵引和直流传动这三大领域。在这个阶段，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得到了很大发展。
        第二，逆变器时代。二十世纪七十年代，由于微机的发展，使电力电子装置得以进一步朝智能化的方向发展。随着电力电子电路的发展和完善，由晶闸管组成的多种不同类型的电力电子装置不断出现。大功率逆变用的晶闸管、门极可关断晶闸管和巨型功率晶体管是当时电力电子器件的主角。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。
        第三，变频器时代。八十年代大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，产生了一批全新的全控型功率器件。MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。新型器件的发展不仅使交流电机性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子技术的发展趋势
        在当代的知识社会中强调技术创新，我国政府和企业也不断加大创新意识，将创新视为企业工作的主导内容。电力电子技术是一项生命力旺盛的技术，与多种学科相互渗透，因而建立电气工业的技术创新机制，发展先进的电力电子技术，对于优化产业结构、推动新型电气工业升级和带动我国工业领域的技术创新具有重要作用。
二十世纪90年代电力电子器件的研究和开发，已进入高频化，标准模块化，集成化和智能时代。以目前的形势来看，电力电子技术主要发展趋势将仍是是高频化和智能化。高频化和变频技术的发展，将使机电设备向高频化方向发展，提高响应速度，实现最佳工作效率，并能实现无噪音且兼具全新的功能和用途。而智能化的进展，会促进信息处理与功率处理的合一，促进电子技术的发展。
三、开关电源的发展及应用
        开关电源（Switching power supply）是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器、电冰箱、液晶显示器、LED灯具、通讯设备、视听产品、安防、电脑机箱、数码产品和仪器类等领域。
        开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了开关电源的发展前进，产品不断向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。
        现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现，现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下，由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响，为了极大发挥各种功率器件的特性，使器件性能对开关电源性能的影响减至最小，新型的电源电路拓扑和新型的控制技术，可使功率开关工作在零电压或零电流状态，从而可大大的提高工作频率，提高开关电源工作效率，设计出性能优良的开关电源。
　　总而言之，电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展，新技术的出现又会使许多应用产品更新换代，还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现，将标志着这些技术的成熟，实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年，随着通信行业的发展，以开关电源技术为核心的通信用开关电源，仅国内有数百亿人民币的市场需求，吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋，因此，同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动，并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。
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