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現(xiàn)代電源技術(shù)發(fā)展綜述
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作者:pmoaf1d4f
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發(fā)布時(shí)間: 2017-04-27
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現(xiàn)代電源技術(shù)是應(yīng)用電力電子半導(dǎo)體器件、綜合自動控制、計(jì)算機(jī)（微處理器）技術(shù)和電磁技術(shù)的多學(xué)科邊緣交又技術(shù)。它在各種高質(zhì)量、高效、高可靠性的電源中起關(guān)鍵作用，是現(xiàn)代電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用。
當(dāng)前，電力電子作為節(jié)能、自動化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來，電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，實(shí)現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。
一、現(xiàn)代電源技術(shù)發(fā)展
1.現(xiàn)代電源技術(shù)概況
現(xiàn)代電源技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，特別是它綜合了多種學(xué)科的先進(jìn)的知識，能為高新技術(shù)的發(fā)展提供有力的支撐。
電源的種類按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)來看，主要有以下幾種：按輸入-輸出分為AC-AC、AC-DC、DC-DC、DC-AC；按工作狀態(tài)分為線性電源、開關(guān)電源、二極管穩(wěn)壓電源；按同負(fù)載連接穩(wěn)壓方式分為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源、并聯(lián)型穩(wěn)壓電源。在各種電源中開關(guān)電源以其體積小、效率高、環(huán)路PWM控制、輸出短路和過載保護(hù)等特性已占領(lǐng)了電源市場，在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。電源設(shè)備用以實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞，是一種技術(shù)含量高、知識面寬、更新?lián)Q代快的產(chǎn)品。
2.電源技術(shù)的發(fā)展趨勢
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子器件的不斷更新升級，現(xiàn)代電源技術(shù)勢必會得到不斷的發(fā)展，其發(fā)展的主要趨勢是：
首先，技術(shù)的模塊化、智能化。電源技術(shù)模塊化有兩方面的含義, 其一是指功率器件的模塊化, 其二是指電源單元的模塊化。新型電源將其各種模塊集成在一起，使開關(guān)電源的體積進(jìn)一步縮小，提高了器件的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的可靠性。輸出穩(wěn)壓電路模塊化，使電源在實(shí)際應(yīng)用中更加靈活、方便、智能。
其次，技術(shù)的多元化，數(shù)字化。現(xiàn)代電子技術(shù)是一門綜合性技術(shù)學(xué)科，電源技術(shù)的發(fā)展與相關(guān)技術(shù)的發(fā)展是相互促進(jìn)的。與電源相關(guān)的技術(shù)有高頻變換技術(shù)、功率轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)字化控制技術(shù)、全諧振高頻軟開關(guān)變換技術(shù)、同步整流技術(shù)、高度智能化技術(shù)、電磁兼容技術(shù)等，為了不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，電源技術(shù)要了解相關(guān)行業(yè)的技術(shù)水平和動態(tài)，及時(shí)更新知識技能。
最后，技術(shù)的綠色化。在工業(yè)化進(jìn)程中，環(huán)境友好越來越受到全社會的關(guān)注。因此電源技術(shù)的低能耗、低污染、高效率已成為發(fā)展的必然趨勢。使新的電源技術(shù)能夠節(jié)約能源消耗，減少對環(huán)境的污染，同時(shí)提高用電效率，避免能源浪費(fèi)。20世紀(jì)末，各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生，能夠修正功率因數(shù)，為21世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。
二、現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展
1.現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展歷程
電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對電能進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換的學(xué)科。它是電力、電子、控制三大電氣工程技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉學(xué)科。隨著科技的發(fā)展，電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)，已逐步發(fā)展成為一門多學(xué)科相互滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，各種電力電子器件不斷更新，也促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。
具體的發(fā)展歷程是：
第一，整流器時(shí)代。大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供，但是大約有20%的電能是以直流形式消費(fèi)的，其中最典型的是電解、牽引和直流傳動這三大領(lǐng)域。在這個(gè)階段，大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得到了很大發(fā)展。
第二，逆變器時(shí)代。二十世紀(jì)七十年代，由于微機(jī)的發(fā)展，使電力電子裝置得以進(jìn)一步朝智能化的方向發(fā)展。隨著電力電子電路的發(fā)展和完善，由晶閘管組成的多種不同類型的電力電子裝置不斷出現(xiàn)。大功率逆變用的晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管和巨型功率晶體管是當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內(nèi)。
第三，變頻器時(shí)代。八十年代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合，產(chǎn)生了一批全新的全控型功率器件。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。新型器件的發(fā)展不僅使交流電機(jī)性能更加完善可靠，而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展，為用電設(shè)備的高效節(jié)能，實(shí)現(xiàn)小型輕量化，機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
2.現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢
在當(dāng)代的知識社會中強(qiáng)調(diào)技術(shù)創(chuàng)新，我國政府和企業(yè)也不斷加大創(chuàng)新意識，將創(chuàng)新視為企業(yè)工作的主導(dǎo)內(nèi)容。電力電子技術(shù)是一項(xiàng)生命力旺盛的技術(shù)，與多種學(xué)科相互滲透，因而建立電氣工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制，發(fā)展先進(jìn)的電力電子技術(shù)，對于優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推動新型電氣工業(yè)升級和帶動我國工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新具有重要作用。
二十世紀(jì)90年代電力電子器件的研究和開發(fā)，已進(jìn)入高頻化，標(biāo)準(zhǔn)模塊化，集成化和智能時(shí)代。以目前的形勢來看，電力電子技術(shù)主要發(fā)展趨勢將仍是是高頻化和智能化。高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機(jī)電設(shè)備向高頻化方向發(fā)展，提高響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)最佳工作效率，并能實(shí)現(xiàn)無噪音且兼具全新的功能和用途。而智能化的進(jìn)展，會促進(jìn)信息處理與功率處理的合一，促進(jìn)電子技術(shù)的發(fā)展。
三、開關(guān)電源的發(fā)展及應(yīng)用
開關(guān)電源（Switching power supply）是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。應(yīng)用于工業(yè)自動化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器、電冰箱、液晶顯示器、LED燈具、通訊設(shè)備、視聽產(chǎn)品、安防、電腦機(jī)箱、數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。
開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了開關(guān)電源的發(fā)展前進(jìn)，產(chǎn)品不斷向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn)，現(xiàn)代電源技術(shù)將在實(shí)際需要的推動下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下，由于功率器件性能的限制而使開關(guān)電源的性能受到影響，為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性，使器件性能對開關(guān)電源性能的影響減至最小，新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù)，可使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài)，從而可大大的提高工作頻率，提高開關(guān)電源工作效率，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開關(guān)電源。
總而言之，電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展，新技術(shù)的出現(xiàn)又會使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代，還會開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn)，將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟，實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年，隨著通信行業(yè)的發(fā)展，以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源，僅國內(nèi)有數(shù)百億人民幣的市場需求，吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進(jìn)行開發(fā)研究。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨，因此，同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動，并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。
當(dāng)前，電力電子作為節(jié)能、自動化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。在不遠(yuǎn)的將來，電力電子技術(shù)將使電源技術(shù)更加成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，實(shí)現(xiàn)高效率和高品質(zhì)用電相結(jié)合。
一、現(xiàn)代電源技術(shù)發(fā)展
1.現(xiàn)代電源技術(shù)概況
現(xiàn)代電源技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛，特別是它綜合了多種學(xué)科的先進(jìn)的知識，能為高新技術(shù)的發(fā)展提供有力的支撐。
電源的種類按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)來看，主要有以下幾種：按輸入-輸出分為AC-AC、AC-DC、DC-DC、DC-AC；按工作狀態(tài)分為線性電源、開關(guān)電源、二極管穩(wěn)壓電源；按同負(fù)載連接穩(wěn)壓方式分為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源、并聯(lián)型穩(wěn)壓電源。在各種電源中開關(guān)電源以其體積小、效率高、環(huán)路PWM控制、輸出短路和過載保護(hù)等特性已占領(lǐng)了電源市場，在電力電子技術(shù)的應(yīng)用及各種電源系統(tǒng)中，開關(guān)電源技術(shù)均處于核心地位。電源設(shè)備用以實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞，是一種技術(shù)含量高、知識面寬、更新?lián)Q代快的產(chǎn)品。
2.電源技術(shù)的發(fā)展趨勢
隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子器件的不斷更新升級，現(xiàn)代電源技術(shù)勢必會得到不斷的發(fā)展，其發(fā)展的主要趨勢是：
首先，技術(shù)的模塊化、智能化。電源技術(shù)模塊化有兩方面的含義, 其一是指功率器件的模塊化, 其二是指電源單元的模塊化。新型電源將其各種模塊集成在一起，使開關(guān)電源的體積進(jìn)一步縮小，提高了器件的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的可靠性。輸出穩(wěn)壓電路模塊化，使電源在實(shí)際應(yīng)用中更加靈活、方便、智能。
其次，技術(shù)的多元化，數(shù)字化。現(xiàn)代電子技術(shù)是一門綜合性技術(shù)學(xué)科，電源技術(shù)的發(fā)展與相關(guān)技術(shù)的發(fā)展是相互促進(jìn)的。與電源相關(guān)的技術(shù)有高頻變換技術(shù)、功率轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)字化控制技術(shù)、全諧振高頻軟開關(guān)變換技術(shù)、同步整流技術(shù)、高度智能化技術(shù)、電磁兼容技術(shù)等，為了不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，電源技術(shù)要了解相關(guān)行業(yè)的技術(shù)水平和動態(tài)，及時(shí)更新知識技能。
最后，技術(shù)的綠色化。在工業(yè)化進(jìn)程中，環(huán)境友好越來越受到全社會的關(guān)注。因此電源技術(shù)的低能耗、低污染、高效率已成為發(fā)展的必然趨勢。使新的電源技術(shù)能夠節(jié)約能源消耗，減少對環(huán)境的污染，同時(shí)提高用電效率，避免能源浪費(fèi)。20世紀(jì)末，各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生，能夠修正功率因數(shù)，為21世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。
二、現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展
1.現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展歷程
電力電子技術(shù)是利用電力電子器件對電能進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換的學(xué)科。它是電力、電子、控制三大電氣工程技術(shù)領(lǐng)域之間的交叉學(xué)科。隨著科技的發(fā)展，電力電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)，已逐步發(fā)展成為一門多學(xué)科相互滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了整流器時(shí)代、逆變器時(shí)代和變頻器時(shí)代，各種電力電子器件不斷更新，也促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。
具體的發(fā)展歷程是：
第一，整流器時(shí)代。大功率的工業(yè)用電由工頻(50Hz)交流發(fā)電機(jī)提供，但是大約有20%的電能是以直流形式消費(fèi)的，其中最典型的是電解、牽引和直流傳動這三大領(lǐng)域。在這個(gè)階段，大功率硅整流管和晶閘管的開發(fā)與應(yīng)用得到了很大發(fā)展。
第二，逆變器時(shí)代。二十世紀(jì)七十年代，由于微機(jī)的發(fā)展，使電力電子裝置得以進(jìn)一步朝智能化的方向發(fā)展。隨著電力電子電路的發(fā)展和完善，由晶閘管組成的多種不同類型的電力電子裝置不斷出現(xiàn)。大功率逆變用的晶閘管、門極可關(guān)斷晶閘管和巨型功率晶體管是當(dāng)時(shí)電力電子器件的主角。這時(shí)的電力電子技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內(nèi)。
第三，變頻器時(shí)代。八十年代大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。集成電路技術(shù)的精細(xì)加工技術(shù)和高壓大電流技術(shù)有機(jī)結(jié)合，產(chǎn)生了一批全新的全控型功率器件。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統(tǒng)的電力電子向現(xiàn)代電力電子轉(zhuǎn)化的標(biāo)志。新型器件的發(fā)展不僅使交流電機(jī)性能更加完善可靠，而且使現(xiàn)代電子技術(shù)不斷向高頻化發(fā)展，為用電設(shè)備的高效節(jié)能，實(shí)現(xiàn)小型輕量化，機(jī)電一體化和智能化提供了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。
2.現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢
在當(dāng)代的知識社會中強(qiáng)調(diào)技術(shù)創(chuàng)新，我國政府和企業(yè)也不斷加大創(chuàng)新意識，將創(chuàng)新視為企業(yè)工作的主導(dǎo)內(nèi)容。電力電子技術(shù)是一項(xiàng)生命力旺盛的技術(shù)，與多種學(xué)科相互滲透，因而建立電氣工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制，發(fā)展先進(jìn)的電力電子技術(shù)，對于優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推動新型電氣工業(yè)升級和帶動我國工業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新具有重要作用。
二十世紀(jì)90年代電力電子器件的研究和開發(fā)，已進(jìn)入高頻化，標(biāo)準(zhǔn)模塊化，集成化和智能時(shí)代。以目前的形勢來看，電力電子技術(shù)主要發(fā)展趨勢將仍是是高頻化和智能化。高頻化和變頻技術(shù)的發(fā)展，將使機(jī)電設(shè)備向高頻化方向發(fā)展，提高響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)最佳工作效率，并能實(shí)現(xiàn)無噪音且兼具全新的功能和用途。而智能化的進(jìn)展，會促進(jìn)信息處理與功率處理的合一，促進(jìn)電子技術(shù)的發(fā)展。
三、開關(guān)電源的發(fā)展及應(yīng)用
開關(guān)電源（Switching power supply）是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。應(yīng)用于工業(yè)自動化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器、電冰箱、液晶顯示器、LED燈具、通訊設(shè)備、視聽產(chǎn)品、安防、電腦機(jī)箱、數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。
開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了開關(guān)電源的發(fā)展前進(jìn)，產(chǎn)品不斷向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。
現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn)，現(xiàn)代電源技術(shù)將在實(shí)際需要的推動下快速發(fā)展。在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)下，由于功率器件性能的限制而使開關(guān)電源的性能受到影響，為了極大發(fā)揮各種功率器件的特性，使器件性能對開關(guān)電源性能的影響減至最小，新型的電源電路拓?fù)浜托滦偷目刂萍夹g(shù)，可使功率開關(guān)工作在零電壓或零電流狀態(tài)，從而可大大的提高工作頻率，提高開關(guān)電源工作效率，設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的開關(guān)電源。
總而言之，電力電子及開關(guān)電源技術(shù)因應(yīng)用需求不斷向前發(fā)展，新技術(shù)的出現(xiàn)又會使許多應(yīng)用產(chǎn)品更新?lián)Q代，還會開拓更多更新的應(yīng)用領(lǐng)域。開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn)，將標(biāo)志著這些技術(shù)的成熟，實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年，隨著通信行業(yè)的發(fā)展，以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源，僅國內(nèi)有數(shù)百億人民幣的市場需求，吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進(jìn)行開發(fā)研究。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨，因此，同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場正在啟動，并將很快發(fā)展起來。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。
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