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高壓直流電源技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用

  
評(píng)論: 更新日期:2011年06月08日

3 高壓直流電源發(fā)展中的問題和難點(diǎn)

???? 隨著新的電子元器件、新的電磁材料、新的電源變換技術(shù)、新的控制理論及新的專業(yè)軟件的不斷涌現(xiàn),并不斷地被應(yīng)用于開關(guān)電源,使得開關(guān)電源的性能不斷提高,特點(diǎn)不斷更新,出現(xiàn)了如頻率高、效率高、功率密度高、可靠性高等新特性。現(xiàn)代的高壓開關(guān)直流電源有兩大技術(shù)特別突出。

(1)關(guān)鍵功率新部件的應(yīng)用:

①快速轉(zhuǎn)換器件,像晶體管、功率MOSFETS、IGBTS、SCRS等;

②低功耗、高性能,適用于高頻的新型變壓器鐵心材料的應(yīng)用,比如鐵氧體、非晶材料等;

③低耗散因素的大容量電容的發(fā)展和應(yīng)用;

④低前向電壓降的快速整流器應(yīng)用等。

(2)先進(jìn)變換技術(shù)的發(fā)展:

①零電流串聯(lián)和并聯(lián)諧振開關(guān)技術(shù)(即ZCS);

②零電壓LCC諧振逆變技術(shù)(即ZVS);

③軟開關(guān)和相控諧振技術(shù);

④正反激勵(lì)和推挽逆變器技術(shù)。

(3)伴隨著高新技術(shù)的逐步應(yīng)用,新的技術(shù)問題也隨之出現(xiàn),主要表現(xiàn)在高頻化可以提高電源性能,減少變壓器的體積和紋波系數(shù)。但由于高頻高壓變壓器是高頻高壓并存,出現(xiàn)了新的技術(shù)難點(diǎn):

①高頻高壓變壓器體積減小,頻率升高,分布容抗變小,絕緣問題異常突出;

②大的電壓變化比使變壓器的非線性嚴(yán)重化,漏感和分布電容都增加,使其必須與逆變開關(guān)隔離,否則尖峰脈沖會(huì)影響到逆變電路的正常工作,甚至?xí)舸┕β势骷?/p>

③高頻化導(dǎo)致變壓器的趨膚效應(yīng)增強(qiáng),使變壓器效率降低。

鑒于上述情況,高頻高壓變壓器如何設(shè)計(jì)是目前研究的一個(gè)難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。最近出現(xiàn)的平面變壓器在設(shè)計(jì)理念上不同于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式,普通平面變壓器已經(jīng)投入生產(chǎn)和應(yīng)用,如果高頻高壓變壓器也能平面化,將會(huì)再次大大縮小電源體積,提高其工作效率。

(4)由于高壓電源的頻率很高,導(dǎo)致功率開關(guān)器件開斷頻繁,能耗增大,這就對(duì)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)有所選擇。采用軟開關(guān)和同步整流技術(shù),可有效降低伴隨高頻化帶來的損耗。同時(shí)采用逆變器和準(zhǔn)諧振電路相結(jié)合的技術(shù),通過電壓或電流的諧振,使開關(guān)打開或斷開時(shí)電壓或電流為零,使能耗大大減小。為了減少變壓器漏感的不利影響,可以將變壓器漏感作為逆變器的一部分,即逆變--諧振--變壓器漏感,用一體化思想進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

(5)在控制檢測(cè)部分,高頻高壓開關(guān)電源采用了數(shù)字集成電路(IC),而不像線性電源完全是模擬電路。開關(guān)電源以模擬方式控制輸出電壓,以數(shù)字方式進(jìn)行開關(guān)操作,高精度而穩(wěn)定地輸出電壓。采用數(shù)字控制技術(shù),可進(jìn)行連續(xù)和不連續(xù)模式的轉(zhuǎn)換,采用PWM(脈寬調(diào)制技術(shù))和PFM(頻率調(diào)制技術(shù)),和DC-DC(直流--直流)變換器、逆變器等技術(shù),出現(xiàn)了強(qiáng)電弱電間的相互影響加強(qiáng)。檢測(cè)部位的高壓電壓(近10kV),對(duì)后續(xù)的電子元器件(精密電阻等)提出了更高的性能要求。

4 國內(nèi)外高壓直流電源發(fā)展的簡單現(xiàn)狀

???? 目前,國外高壓開關(guān)直流電源比較成熟,像Spellman、Classman等高壓電源公司已生產(chǎn)出小型化、高效化、智能化的高壓直流電源,然而價(jià)格比較昂貴,國內(nèi)直流高壓開關(guān)電源研究起步較晚,與先進(jìn)國家相比有較大差距。尤其在高頻、高性能直流高壓開關(guān)電源方面,國內(nèi)還沒有形成批量生產(chǎn)能力,國內(nèi)廠商,比如大連電源技術(shù)有限公司、河南舞鋼規(guī)劃設(shè)計(jì)研究所等生產(chǎn)的高壓直流電源,價(jià)格均在數(shù)萬元以上,相對(duì)農(nóng)業(yè)應(yīng)用而言還是比較昂貴的。目前在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中,迫切需要物美價(jià)廉,能滿足多種不同工況要求的多規(guī)格、多品種、系列化的高質(zhì)量、高性能的高壓直流電源。

5 結(jié)束語

????? 我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域需要的科學(xué)技術(shù)非常之多,有些領(lǐng)域?qū)Ω邏褐绷麟娫醇夹g(shù)的需要十分迫切,但目前能適合農(nóng)業(yè)領(lǐng)域要求的高壓直流電源很少,針對(duì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的具體情況,研究開發(fā)多種高壓直流電源具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義,也蘊(yùn)藏著很大的商機(jī)。

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