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開關電源的國外的發展及現狀
時間:2020-12-15 13:10:59 點擊次數:9571

開關電源在通信系統中得到了廣泛的應用,并已成為現代通信供電系統的主流,而通信業的迅速發展又極大地推動了開關電源的發展。在通信領域中,通常將高頻整流器稱為一次電源而將直流--直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。同時,開關電源也在各種電子信息設備中,如計算機、充電電源等得到了廣泛的應用。

1957年第一只可控硅(SCR)問世后,可控健取代了笨重而且效率低下的硒或氧化亞銅整流器件,可控硅整流器就作為通信設備的一次電源使用。在隨后的20年內,由于半導體工藝的進步,可控硅的電壓、電流額定值及其它特性參數得到了不斷提高和改進,滿足了通信設備不斷發展的需要,囚此,直到70年代,發達國家還一直將可控硅整流器作為大多數通信設備的一次電源使用。

雖然可控d整流器工作穩定,能滿足通信設備的要求,但它是相控電源,工作于工頻,有龐人笨重的電源變壓器、電感線圈、濾波電容,嗓聲人,效率低,功率因數低,穩壓精度也較低。因此,自1947年肖克萊發明晶體管,并在隨后的幾年內對品體管的質量和性能不斷完善提高后,人們就著力研究利用的體管進行高頻變換的方案。1955年美國羅耶(GH ·Roger)發明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器,是實現高顏轉換電路的開始,1957年美國查賽(.J.J·Jen Sen)又發明了白激式推挽雙變壓器變換器電路。在此基礎上,1964年,美國科學家提出了取消工頻變壓器的串聯開關電源的設想,并在NEC雜志土發表了“脈寬調制應用于電源小型化”等文章,為使電源實現體積和重量的大幅下降提供了一條根本途徑,

隨著大功率硅品體管的耐壓提高和二極管反向恢復時間的縮短等元器件性能的改善,1969年終于做成了25RIz的開關電源。電源界把開關電源的頻率提高到20KHz以上稱為電源技術的“20KHz革命”。經過幾年的努J,從開關屯源的電路拓撲型式到相配套的元器件等研究都取得了相當大的進展。在電路拓撲型式上開發出了單端貯能式反激電路、雙反激電路、單端正激式電路、雙正激電路、推挽電路、半橋電路、全橋電路,以適應不同應用場合、不同功率檔次的需要;在元器件方面,功率晶體管和整流二極管的性能也有了較人的提高。1976年美國硅通用公司第一個做出了型號為SGl52A的脈寬調制(PWMPulse Width Modulation)控制芯片,極大地提高了開關電源的可靠性,并進一步減小了體積。

在隨后的兒年中,大功率晶體管(GTR)和功率場效應管(MOSFET)相繼被研制出來,其電壓、電流額定值大為提高,工作頻率也提高較多,可靠性也顯著增加。到80年代中后期,絕緣柵雙極性晶休管(IGBT)已研制出來并投入了市場,各種通信設備所需的一次電源大多采取PWM集成控制芯片、雙極型晶體管、場效應管、絕緣柵雙極晶體管。

隨著微電子學的發展和元器件生產技術的提高,相繼開發出了耐壓高的功率場效應管(VMOS)和高電壓、大電流的絕緣柵雙極性品體管(IGBT),具有軟恢復特性的大功率高頻整流管,各種用途的集成脈寬調制控制器和高性能的鐵氧體磁芯,高頻用的電解電容器,低功耗的聚丙烯電容等。主要元器件技術性能的提高,為高頻開關電源向大功率、高效率、高可靠性方向發展奠定了良好基礎。

隨著通信用開關電源技術的廣泛應用和不斷深入,實際工作中人們對開關電源提出了更高的要求,提出了應用技術的高頻化、硬件結構的模塊化、軟件控制的數字化、產品性能的綠色化、新一代電源的技術含量大大提高,使之更加可靠、穩定、高效、小型、安全。在高頻化方面,為提高開關頻率并克服一般的PWM和準諧振、多諧振變換器的缺點,又開發了相移脈寬調制零電壓開關諧振變換器,這種電路克服了PM方式硬開關造成的較人的開關損耗的缺點,乂實現了恒頻I.作,克服了準諧振和多諧振變換器工作頻率變化及電壓、電流幅度大的缺點。采用這種Ⅰ.作原理,人人減小了開關管的損耗,不但提高了效率也提高了I作頻率,減小了體積,更重要的是降低了變換電路對分布參數的最感性,拓寬了開關器件的安全工作區,在一定程度上降低了對器什的要求,從而顯著提高了開關電源的可靠性。

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