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    直流電源技術(shù)原理以及發(fā)展進展

    發(fā)布時間: 2016-11-18 13:59:06    關(guān)注量:1942


    直流電源是相對線性電源說的,它是利用現(xiàn)代化電力電子技術(shù),控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。直流電源是輸入端直 接將交流電整流變成直流電,在高頻震蕩電路的作用下,用開關(guān)管控制電流的通斷,形成高頻脈沖電流。在電感(高頻變壓器)的幫助下,輸出穩(wěn)定的低壓直流電。
    直流電源中的調(diào)整管工作在截止區(qū)和飽和區(qū)。由于變壓器的磁芯大小與他的工作頻率的平方成反比,頻率越高鐵心越小。這樣就可以大大減小變壓器,使電源減 輕重量和體積。而且由于它直接控制直流,使這種電源的效率比線性電源高很多。這樣就節(jié)省了能源,因此它很受到人們的青睞。
    但是直流電源也有它的缺點,就是電路復(fù)雜,維修困難,對電路的污染嚴重。電源噪聲大,不適合用于某些低噪聲電路。
    一、直流電源的工作原理
    直流電源是利用通過電路控制開關(guān)管進行高速的道通與截止。將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓,從 而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓。轉(zhuǎn)化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50HZ高很多。所以開關(guān)變壓器可以做的很小,而且工作時 不是很熱。成本很低。如果不將50HZ變?yōu)楦哳l那直流電源就沒有意義。開關(guān)變壓器就是一個普通的變壓器。
    簡單地說,直流電源的工作原理是:
    1.交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流;
    2.通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關(guān)管,將那個直流加到開關(guān)變壓器初級上;
    3.開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負載;
    4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達到穩(wěn)定輸出的目的。
    交流電源輸入時一般要經(jīng)過厄流圈一類的東西,過濾掉電網(wǎng)上的干擾,同時也過濾掉電源對電網(wǎng)的干擾; 在功率相同時,開關(guān)頻率越高,開關(guān)變壓器的體積就越小,但對開關(guān)管的要求就越高; 開關(guān)變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭,以得到需要的輸出; 一般還應(yīng)該增加一些保護電路,比如空載、短路等保護,否則可能會燒毀直流電源。
    以上說的就是直流電源的大致工作原理。其實現(xiàn)在已經(jīng)有了集成度非常高的專用芯片,可以使外圍電路非常簡單,甚至做到免調(diào)試。
    二、直流電源的分類
    人們經(jīng)常關(guān)注的直流電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件,邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù),兩者相互促進推動著直流電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。
    直流電源大體可以分為隔離和非隔離兩種,隔離型的必定有開關(guān)變壓器,而非隔離的未必一定有。它可分為ac/dc和dc/dc兩大類,dc/dc變換器現(xiàn)已 實現(xiàn)模塊化,且設(shè)計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標準化,并已得到用戶的認可,但ac/dc的模塊化,因其自身的特性使得在模塊化的進程中,遇到較為 復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。
    ac/dc變換是將交流變換為直流,其功率流向可以是雙向的,功率流由電源流向負載的稱為“整流”,功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。ac /dc變換器輸入為50/60hz的交流電,因必須經(jīng)整流、濾波,因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的,同時因遇到安全標準(如ul、ccee等) 及emc指令的限制(如iec、fcc、csa),交流輸入側(cè)必須加emc濾波及使用符合安全標準的元件,這樣就限制ac/dc電源體積的小型化,另外, 由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作,使得解決emc電磁兼容問題難度加大,也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求,由于同樣的原因,高電壓、 大電流開關(guān)使得電源工作消耗增大,限制了ac/dc變換器模塊化的進程,因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。
    ac/dc變換按電路的接線方式可分為:半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為,單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為:一象限、二象限、三象限、四象限。
    三、直流電源技術(shù)的發(fā)展方向
    直流電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于直流電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化, 因此國外各大直流電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件,特別是改善二次整流器件的損耗,并在功率鐵氧體(MnZn)材料上加大科技創(chuàng)新,以 提高在高頻率和較大磁通密度(Bs)下獲得高的磁性能,而電容器的小型化也是一項關(guān)鍵技術(shù)。
    高頻化使直流電源小型化,并使直流電源進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外直流電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。
    SMT技術(shù)的應(yīng)用使得直流電源取得了長足的進展,在電路板兩面布置元器件,以確保直流電源的輕、小、薄。直流電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技 術(shù)進行創(chuàng)新,實現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關(guān)技術(shù)已成為直流電源的主流技術(shù),并大幅提高了直流電源的工作效率。
    模塊化是直流電源發(fā)展的總體趨勢,可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng),可以設(shè)計成N+1冗余電源系統(tǒng),并實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴展。針對直流電源運 行噪聲大這一缺點,若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大,而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù),在理論上即可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲,但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實際 應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題,故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作,以使得該項技術(shù)得以實用化。
    電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新,使直流電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國直流電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度,就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路,走出有中國特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展之路,為我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展做出貢獻。
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