[PWM整流器在开关电源中应用的探讨] 直流开关电源

  摘要:随着开关电源技术的广泛应用,开关电源技术逐渐走向成熟,仍然存在简单的滤波电路抑制谐波不彻底现象,PWM整流器可以满足开关电源对抑制谐波和高功率因数的要求。  关键词:PWM整流器 开关电源 功率因数
  开关电源是利用现代电力电子技术,采用功率半导体器件作为开关,通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率(占空比),调整输出电压,维持输出稳定的一种电源。早在20世纪80年代计算机电源全面实现了开关电源化,率先完成计算机电源换代,进入90年代开关电源已广泛应用在各种电子、电器设备,程控交换机、通讯、电力检测设备电源和控制设备电源之中。开关电源一般由脉冲宽度调制控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,两者的成本都随着输出功率的增加而增长,但两者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新,使的开关电源技术也不断的创新,这一成本反转点日益向低输出电力端移动,从而为开关电源提供了广阔的发展空间,
  1、开关电源发展趋势
  开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化,因此国外各在开关电源制造商都致力同步开发新型高智能化的元器件,特别是改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体(Mn-Zn)材料上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度(Bs)下获得高的磁性能,而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保开关电源的轻、小薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新,实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术,并大幅提高了开关电源的工作效率。对联高可靠性指标,美国的开关电源生产商通过降低运行电流,降低结温等措施以减少器件的应力,使得产品的可靠性大大提高。
  模块化是开关电源发展的总体趋势,可以用模块化电源组成分布式电源系统,可以设计成N+1冗余电源系统,并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点,若单独追求高频化,其噪声也必将随着增大,而用部分谐振转换电路技术,在理论上即可实现高频化又可降低噪声,但部分谐振转换技术实际应用仍存在着技术问题,故仍需在这一领域开展大量的工作,使得多项技术得以实用化。电力电子技术的不断创新,开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度就必须走技术创新之路,走出有中国特色的产学研联合发展之路,为我国国民经济的高速发展做出贡献。
  2、PWM整流在开关电源中应用
  20世纪90年代以来,PWM整流器[1]一直是学术界关注和研究的热点课题。随着研究的深入,基于PWM整流器拓扑结构及控制的拓展,相关的应用研究也发展起来。这些应用研究,又促进了PWM整流器及其控制技术的进步和完善。经过多年的研究和发展,PWM整流器技术己日趋成熟。PWM整流器主电路已从早期的半控型器件桥路发展到如今的全控型器件桥路;PWM开关控制由单纯的硬开关调制发展到软开关调制;功率等级从千瓦级发展到兆瓦级,而在主电路类型上,既有电压型整流器(Voltage Source Rectifier-VSR) [2],也有电流型整流器(Current SourceRectifier-CSR,并且两者在工业上均成功地投入了应用。PWM整流器的研究是一个非常活跃的研究领域,当前最流行的 (数字信号处理器)作为整流器的控制核心,已经开始研究DSP实现PWM整流器控制算法。
  PWM整流器与开关电源结合能够解决开关电源中诸多不足,解决开关电源整体功率因数低和网侧输入电流不连续等难题。PWM整流器能在抑制谐波和提高功率因数方面在开关电源中得以实现。
  3、总结
  PWM整流技术已经成为各种动力电源的重要发展方向,他的使用对于绿色能源的设计起到了巨大的推动作用。国内不少高校对PWM整流技术进行数学建模、控制策略研究及PWM整流器应用的深入研究。PWM整流技术发展必将推动开关电源长远发展。
  参考文献:
  [1]接峰.三相PWM整流器及其控制[D].杭州.浙江大学,2006
  [2]黄俊,王兆安著.电力电子变流技术(第三版)[M].北京:机械工业出版社,2008

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