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現代電源技術發展綜述
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作者:pmoaf1d4f
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發布時間: 2017-04-27
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現代電源技術是應用電力電子半導體器件、綜合自動控制、計算機（微處理器）技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。它在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用，是現代電力電子技術的具體應用。
當前，電力電子作為節能、自動化、智能化、機電一體化的基礎，正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來，電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用，實現高效率和高品質用電相結合。
一、現代電源技術發展
1.現代電源技術概況
現代電源技術應用范圍廣泛，特別是它綜合了多種學科的先進的知識，能為高新技術的發展提供有力的支撐。
電源的種類按照不同的分類標準來看，主要有以下幾種：按輸入-輸出分為AC-AC、AC-DC、DC-DC、DC-AC；按工作狀態分為線性電源、開關電源、二極管穩壓電源；按同負載連接穩壓方式分為串聯型穩壓電源、并聯型穩壓電源。在各種電源中開關電源以其體積小、效率高、環路PWM控制、輸出短路和過載保護等特性已占領了電源市場，在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。電源設備用以實現電能變換和功率傳遞，是一種技術含量高、知識面寬、更新換代快的產品。
2.電源技術的發展趨勢
隨著電力電子技術的不斷發展，電力電子器件的不斷更新升級，現代電源技術勢必會得到不斷的發展，其發展的主要趨勢是：
首先，技術的模塊化、智能化。電源技術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，使開關電源的體積進一步縮小，提高了器件的穩定性和系統的可靠性。輸出穩壓電路模塊化，使電源在實際應用中更加靈活、方便、智能。
其次，技術的多元化，數字化。現代電子技術是一門綜合性技術學科，電源技術的發展與相關技術的發展是相互促進的。與電源相關的技術有高頻變換技術、功率轉換技術、數字化控制技術、全諧振高頻軟開關變換技術、同步整流技術、高度智能化技術、電磁兼容技術等，為了不斷進行技術創新，電源技術要了解相關行業的技術水平和動態，及時更新知識技能。
最后，技術的綠色化。在工業化進程中，環境友好越來越受到全社會的關注。因此電源技術的低能耗、低污染、高效率已成為發展的必然趨勢。使新的電源技術能夠節約能源消耗，減少對環境的污染，同時提高用電效率，避免能源浪費。20世紀末，各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生，能夠修正功率因數，為21世紀批量生產各種綠色電源產品奠定了基礎。
二、現代電力電子技術的發展
1.現代電力電子技術的發展歷程
電力電子技術是利用電力電子器件對電能進行控制和轉換的學科。它是電力、電子、控制三大電氣工程技術領域之間的交叉學科。隨著科技的發展，電力電子技術和現代控制理論、材料科學、電機工程、微電子技術等許多領域密切相關，已逐步發展成為一門多學科相互滲透的綜合性技術學科。
現代電力電子技術的發展經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，各種電力電子器件不斷更新，也促進了電力電子技術在許多新領域的應用。
具體的發展歷程是：
第一，整流器時代。大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供，但是大約有20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解、牽引和直流傳動這三大領域。在這個階段，大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得到了很大發展。
第二，逆變器時代。二十世紀七十年代，由于微機的發展，使電力電子裝置得以進一步朝智能化的方向發展。隨著電力電子電路的發展和完善，由晶閘管組成的多種不同類型的電力電子裝置不斷出現。大功率逆變用的晶閘管、門極可關斷晶閘管和巨型功率晶體管是當時電力電子器件的主角。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內。
第三，變頻器時代。八十年代大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展，為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合，產生了一批全新的全控型功率器件。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。新型器件的發展不僅使交流電機性能更加完善可靠，而且使現代電子技術不斷向高頻化發展，為用電設備的高效節能，實現小型輕量化，機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子技術的發展趨勢
在當代的知識社會中強調技術創新，我國政府和企業也不斷加大創新意識，將創新視為企業工作的主導內容。電力電子技術是一項生命力旺盛的技術，與多種學科相互滲透，因而建立電氣工業的技術創新機制，發展先進的電力電子技術，對于優化產業結構、推動新型電氣工業升級和帶動我國工業領域的技術創新具有重要作用。
二十世紀90年代電力電子器件的研究和開發，已進入高頻化，標準模塊化，集成化和智能時代。以目前的形勢來看，電力電子技術主要發展趨勢將仍是是高頻化和智能化。高頻化和變頻技術的發展，將使機電設備向高頻化方向發展，提高響應速度，實現最佳工作效率，并能實現無噪音且兼具全新的功能和用途。而智能化的進展，會促進信息處理與功率處理的合一，促進電子技術的發展。
三、開關電源的發展及應用
開關電源（Switching power supply）是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。應用于工業自動化控制、軍工設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱、空氣凈化器、電冰箱、液晶顯示器、LED燈具、通訊設備、視聽產品、安防、電腦機箱、數碼產品和儀器類等領域。
開關電源高頻化是其發展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了開關電源的發展前進，產品不斷向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發展。
現代電力電子技術是開關電源技術發展的基礎。隨著新型電力電子器件和適于更高開關頻率的電路拓撲的不斷出現，現代電源技術將在實際需要的推動下快速發展。在傳統的應用技術下，由于功率器件性能的限制而使開關電源的性能受到影響，為了極大發揮各種功率器件的特性，使器件性能對開關電源性能的影響減至最小，新型的電源電路拓撲和新型的控制技術，可使功率開關工作在零電壓或零電流狀態，從而可大大的提高工作頻率，提高開關電源工作效率，設計出性能優良的開關電源。
總而言之，電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展，新技術的出現又會使許多應用產品更新換代，還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現，將標志著這些技術的成熟，實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年，隨著通信行業的發展，以開關電源技術為核心的通信用開關電源，僅國內有數百億人民幣的市場需求，吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨，因此，同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動，并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。
當前，電力電子作為節能、自動化、智能化、機電一體化的基礎，正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來，電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用，實現高效率和高品質用電相結合。
一、現代電源技術發展
1.現代電源技術概況
現代電源技術應用范圍廣泛，特別是它綜合了多種學科的先進的知識，能為高新技術的發展提供有力的支撐。
電源的種類按照不同的分類標準來看，主要有以下幾種：按輸入-輸出分為AC-AC、AC-DC、DC-DC、DC-AC；按工作狀態分為線性電源、開關電源、二極管穩壓電源；按同負載連接穩壓方式分為串聯型穩壓電源、并聯型穩壓電源。在各種電源中開關電源以其體積小、效率高、環路PWM控制、輸出短路和過載保護等特性已占領了電源市場，在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。電源設備用以實現電能變換和功率傳遞，是一種技術含量高、知識面寬、更新換代快的產品。
2.電源技術的發展趨勢
隨著電力電子技術的不斷發展，電力電子器件的不斷更新升級，現代電源技術勢必會得到不斷的發展，其發展的主要趨勢是：
首先，技術的模塊化、智能化。電源技術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，使開關電源的體積進一步縮小，提高了器件的穩定性和系統的可靠性。輸出穩壓電路模塊化，使電源在實際應用中更加靈活、方便、智能。
其次，技術的多元化，數字化。現代電子技術是一門綜合性技術學科，電源技術的發展與相關技術的發展是相互促進的。與電源相關的技術有高頻變換技術、功率轉換技術、數字化控制技術、全諧振高頻軟開關變換技術、同步整流技術、高度智能化技術、電磁兼容技術等，為了不斷進行技術創新，電源技術要了解相關行業的技術水平和動態，及時更新知識技能。
最后，技術的綠色化。在工業化進程中，環境友好越來越受到全社會的關注。因此電源技術的低能耗、低污染、高效率已成為發展的必然趨勢。使新的電源技術能夠節約能源消耗，減少對環境的污染，同時提高用電效率，避免能源浪費。20世紀末，各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生，能夠修正功率因數，為21世紀批量生產各種綠色電源產品奠定了基礎。
二、現代電力電子技術的發展
1.現代電力電子技術的發展歷程
電力電子技術是利用電力電子器件對電能進行控制和轉換的學科。它是電力、電子、控制三大電氣工程技術領域之間的交叉學科。隨著科技的發展，電力電子技術和現代控制理論、材料科學、電機工程、微電子技術等許多領域密切相關，已逐步發展成為一門多學科相互滲透的綜合性技術學科。
現代電力電子技術的發展經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，各種電力電子器件不斷更新，也促進了電力電子技術在許多新領域的應用。
具體的發展歷程是：
第一，整流器時代。大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供，但是大約有20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解、牽引和直流傳動這三大領域。在這個階段，大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得到了很大發展。
第二，逆變器時代。二十世紀七十年代，由于微機的發展，使電力電子裝置得以進一步朝智能化的方向發展。隨著電力電子電路的發展和完善，由晶閘管組成的多種不同類型的電力電子裝置不斷出現。大功率逆變用的晶閘管、門極可關斷晶閘管和巨型功率晶體管是當時電力電子器件的主角。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內。
第三，變頻器時代。八十年代大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展，為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合，產生了一批全新的全控型功率器件。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。新型器件的發展不僅使交流電機性能更加完善可靠，而且使現代電子技術不斷向高頻化發展，為用電設備的高效節能，實現小型輕量化，機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子技術的發展趨勢
在當代的知識社會中強調技術創新，我國政府和企業也不斷加大創新意識，將創新視為企業工作的主導內容。電力電子技術是一項生命力旺盛的技術，與多種學科相互滲透，因而建立電氣工業的技術創新機制，發展先進的電力電子技術，對于優化產業結構、推動新型電氣工業升級和帶動我國工業領域的技術創新具有重要作用。
二十世紀90年代電力電子器件的研究和開發，已進入高頻化，標準模塊化，集成化和智能時代。以目前的形勢來看，電力電子技術主要發展趨勢將仍是是高頻化和智能化。高頻化和變頻技術的發展，將使機電設備向高頻化方向發展，提高響應速度，實現最佳工作效率，并能實現無噪音且兼具全新的功能和用途。而智能化的進展，會促進信息處理與功率處理的合一，促進電子技術的發展。
三、開關電源的發展及應用
開關電源（Switching power supply）是利用現代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。應用于工業自動化控制、軍工設備、科研設備、LED照明、工控設備、通訊設備、電力設備、儀器儀表、醫療設備、半導體制冷制熱、空氣凈化器、電冰箱、液晶顯示器、LED燈具、通訊設備、視聽產品、安防、電腦機箱、數碼產品和儀器類等領域。
開關電源高頻化是其發展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了開關電源的發展前進，產品不斷向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發展。
現代電力電子技術是開關電源技術發展的基礎。隨著新型電力電子器件和適于更高開關頻率的電路拓撲的不斷出現，現代電源技術將在實際需要的推動下快速發展。在傳統的應用技術下，由于功率器件性能的限制而使開關電源的性能受到影響，為了極大發揮各種功率器件的特性，使器件性能對開關電源性能的影響減至最小，新型的電源電路拓撲和新型的控制技術，可使功率開關工作在零電壓或零電流狀態，從而可大大的提高工作頻率，提高開關電源工作效率，設計出性能優良的開關電源。
總而言之，電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展，新技術的出現又會使許多應用產品更新換代，還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現，將標志著這些技術的成熟，實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年，隨著通信行業的發展，以開關電源技術為核心的通信用開關電源，僅國內有數百億人民幣的市場需求，吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨，因此，同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動，并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。
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