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高频开关电源的发展

1.技术发展

目前我国通信、信息、家电和国防等领域的电源普遍采用高频开关电源,相控电源将逐渐被淘汰。国内开关电源技术的发展,基本上起源于20世纪70年代末和80年代初。当时引进的开关电源技术,在高等院校和一些科研院所停留在试验开发和教学阶段。20世纪80年代中期开关电源产品开始推广和应用。20世纪80年代开关电源的特点是采用20kHz脉宽调制(PWM)技术,效率可达65%~70%。

经过20几年来的不断发展,开关电源技术有了重大进步和突破。新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化,功率MOSFET和IGBT可使中小型开关电源工作频率达到400kHz(AC/DC)或1MHz(DC/DC);软开关技术使高频开关电源的实现有了可能,它不仅可以减少电源的体积和重量,而且提高了电源的效率,国产6kW通信开关电源,采用软开关技术,效率可达93%;控制技术的发展以及专用控制芯片的生产,不仅使电源电路大幅度简化,而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高;有源功率因数校正技术(APFC)的开发,提高了AC/DC开关电源的功率因数,既治理了电网的谐波污染,又提高了开关电源的整体效率。

在开关电源的所有应用领域内,通信电源是增长速度最快的一部分。新型磁材料和新型变压器的开发,新型电容器和EMI滤波器技术的进步,以及专用集成控制芯片的研制成功,使开关电源实现了小型化,并提高了EMC性能。微处理器监控技术的应用,提高了电源的可靠性,也适应了市场对其智能化的要求。

新型半导体器件的发展是开关电源技术进步的龙头。目前正在研究高性能的碳化硅半导体器件,一旦开发成功,对电源技术的影响将是革命性的。此外,平面变压器、压电变压器及新型电容器等元器件的发展,也将对电源技术的发展起到重要作用。

另外,集成化是开关电源的一个重要发展方向。通过控制电路的集成、驱动电路的集成以及保护电路的集成,最后达到整机的集成化生产。集成化和模块化减少了外部连线和焊接,提高了设备的可靠性,缩小了电源的体积,减轻了重量。目前,DC/DC开关电源的功率密度可达到每立方英寸120瓦。

总之,回顾开关电源技术的发展过程,我们可以看到,高效率、小型化、集成化、智能化以及高可靠性是大势所趋,也是今后的发展方向。

2.生产发展

在开关电源领域,民族产业一直占有举足轻重的地位。在开关电源应用的起步阶段,很多生产厂家采取的都是小作坊式的生产模式。经过20余年的不懈努力,逐步向大规模生产转化,产品也从单一品种走向系列化。现在,我国已形成一批上亿元、甚至10亿元以上产值的电源企业,有些产品已进入国际市场。

3.市场发展

我国信息产业、国防工业、家电行业,特别是电信业的迅猛发展,是电源市场发展的强大推动力。据国家统计局最新资料显示,当前我国电子信息产业的产区、产出、销售总规模以及对国家经济增长的贡献均居全国各工业行业之首,成为我国工业第一支柱产业。

由于开关电源巨大的市场需求,孕育了大批电源的生产企业。成规模的企业有十几家,分为三种类型:第一类是自主研制开发,已生产出具有先进水平的系列电源产品,不仅可以满足各种电子设备的需要,而且在航空、铁路、电力、国防及家电等领域中得到了广泛应用;第二类是中外合资企业,采用国外较为先进的技术,在国内用户中有较高的信誉度;第三类是进口部件在国内组装,然后直接销售到国外市场,这些产品质量好,但成本也高,对国内市场的适应能力较差。

每年几十亿元的电源市场孕育了几百家开关电源生产企业,而且已有大量的国外产品和公司进入国内,今后的竞争将是技术的竞争、质量的竞争和服务的竞争,品牌效应越来越突出。市场的竞争和发展必将促使产业内部的分化和重组,实现大企业的产品互动和整合营销,而适应不了市场竞争的企业将被淘汰。

4.标准制定

20世纪90年代初,高频开关电源的应用刚刚在电子、电信行业起步,适时颁布的《通信用高频开关整流器》和《通信局(站)电源系统总技术要求》等标准对指导生产、服务用户起到了重要作用,为高频开关电源在电信行业的迅速推广也起到了积极作用。随着市场的扩大,用户对电源智能化程度的要求越来越高,有关通信电源集中监控的标准相继被推出。随着技术不断进步,经验逐渐积累,我们深感行业标准急需修订,技术指标需要改进,测试方法需要完善,内容需要增加(例如动态响应、电磁兼容等),为把好产品质量关提供更可靠的依据。


本文节选自《开关电源实用技术》,由镭之源激光电源收集整理。
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