开关电源产业发展分析

 从我国开关电源的发展过程可以了解国际开关电源发展的一个侧面，虽然一般说来，我国技术发展水平与国际先进水平平均有5～10年差距。 70年代起，我同在黑白电视机，中小型计算机中开始应用5V，20-200A，20kHZ AC－ DC开关电源。80年代进入大规模生产和广泛应用阶段，并开发研究0.5～5MHz准谐振型软开关电源。80年代中，我国通信（如程注交换机）电源在AC－DC及DC－DC开关电源应用领域中所六比重还比较低。80年代末我国通信电源大规模更新换代，传统的铁磁稳压-整流电源和晶闸管（Thyristor，原称可控硅元件）相控稳压电源为大功率（48V， 6kw） AC－DC开关电源（通信系统中常称为开关型整流器SMR）所持代；并开始在办公室自动化设备中得到应用。工业应用方面，在锅炉火焰控制，继电保护，激光，彩色TV，离子管灯丝发射电流调节，离子注射机，卤钨灯控制等系统中均有应用。
 90年代我国又研制开发了一批新型专用非关电源，典型例子如下： 1.卫星开关电源。东方红三号通信卫星、风云一号、二号气象卫星均应用了开关电源。特点是：多路输出，不可维修性，要求长期不改变性能，设置冗余模块，可靠性高，EMC 满足空间环境条件，高效，轻小。 2远程火箭控制系统的DC－DC开关电源，要求发射过程中高度可靠。 3 1000kW牵引变流器4500V／1200A GTO门控250W开关电源。 4 40kW固体脉冲激光器的软开关电源。用4台10kw全桥多谐振ZVS变换器并联。 5．焊机用双IGBT管正激车电压转换一脉定调制（ZVT－PWM）软开关电源。输出20kW， 500A，开关频率40kHZ，效率92％。特点是负载大范围变化频繁，工作环境恶劣。要求电源冲击电流小，动态特性好，无过冲，负载个影响软开关性质。 6.变电所在流操作系统开关电源。供继电保护和自动装置及蓄电池充电用。代替晶闸管调压系统，输出10A，180～286V。主开关管用IGBT或功率MOSFET。 7.单相和三相高功率因数整流器（有源功率同数校正器）。
 可以看出20一30年中，我国开关电源的应用领域和技术性能有很大进展，这与因家基础工业和国力增强有密切关系，也和国际先进开关电源技术影响有关。充分显示了中国电源技术人员的聪明才智和艰苦奋斗的创业精神。 90年代，中小型（500W以下）AC－DC和DC-DC开关电源的特点是：高频化（开关频率达300－400kHZ）以达到高功率密度，体小量轻；力求高效和高可靠；低成本；低输出电压（≤3V；AC输入端高功率同数等。在今后5年内仍然将沿这些方向发展。
 主要技术标志从技术上看，几十年来推动开关电源性能和技术水平不断提高的本要标志是：
 1.新型高频功率半导体器件的开发使实现开关电源高频化有了可能。 如功率MOSFET和IGBT已完全可代替功率晶体管和晶闸管，从而使中小型开关电源下作频率可达到400kHZ（AC－DC）和1MHZ（DC-DC）的水平。超快恢复功率二极管，MOSF ET问步整流技术的开发也为高效低电压输出（例如3V）开关电源的研制有了可能。现正在探索研制耐高温的高性能碳化砖功率来导体器件。
   2.软开关技术使高效率高频开关变换器的实现有了可能。 PWM开关电源按硬开关模式工作（开／关过程中电压卜降／上升和电流上升／下降波形有交叠），因而开关损耗大。开关电源高频化可以缩小体积重量，但开关损耗却更大了（功耗与频率成正比）。为此必须研究开关电比／电流波形个交更的技术，即所谓零电压（ZVS）／本电流（ZCS）开关技术，或称软开关技术（相对于PWM硬开关技术而言），小功率软开关电源效率可提高到80一85％。 70年代谐报开关电源奠定了软开关技术的基础。以后新的软开关技术不断涌现，如准谐振（80年代中）全桥移相ZVS－PWM，恒频ZVS－PWM／ZCS－PWM（80年代末）ZVS －PWM有源钳位；ZVT－PWM／ZCT-PWM（90年代初）全桥移相 ZV－ZCS－PWM（90年代中）等。我国已将最新软开关技术应用于6Kw通信电源中，效率达93%。
  3.控制技术研究的进展。如电流型控制及多环控制，电荷控制，一周期控制，功率因数控制，DSP控制；及相应专用集成控制芯片的研制成功等，使开关电源动态性能有很大提高，电路也大幅度简化。
  4.有源功率团数校正技术（APFC）的开发，提高了AC－DC开关电源功率因数。 由于输入端有整流一电容元件，AC－DC开关电源及一大类整流电源供电的电子设备（如逆变器，UPS）等的电网测功率团数仅为0.65，80年代用APFC技术后可提高到0.95 ～0.99，既治理了电网的谐波“污染”，又提高了开关电源的整体效率。单相APFC是DC －DC开关变换器拓扑和功率因数控制技术的具体应用，而三相APFC则是三相PWM整流开关拓扑和控制技术的结合。
  5.磁性元件新型磁材料和新型变压器的开发。 如集成磁路，平面型磁心，超薄型（Low profile）变压器；以及新型变压器如压电式，无磁心印制电路（PCB）变压器等，使开关电源的尺寸重量都可减少许多。
 6.新型电容器和EMI滤波器技术的进步，使开关电源小型化并提高了EMC性能。
 7.微处理器监控和开关电源系统内部通信技术的应用，提高了电源系统的可靠性。 90年代末又提出了新型开关电源的研制开发，这也是新世纪开关电源的发展远景。如：用一级AC－DC开关变换器实现稳压或稳流，并具有功率因数校正功能，称为单管单级（SingleSwitch Single Stage）或4S高功率因数AC－DC开关变换器；输出1V， 50A的低电压大电流DC－DC变换器，又称电压调节模块VRM，以适应下一代超快速微处理器供电的需求；多通道（Multi－Channel或Multi－Phase）DC－DC开关变换器；网络服务器（Server）的开关电源刊可携带式电子设备的高频开关电源等。

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