摘要:现代电源技术以现代电子技术为前提,历经不断开发逐渐形成,并逐步更新和完善,现已普遍运用于各个领域。为了给经济社会提供更加可靠的技术条件,加深对现代电源技术的研究探讨必不可少。基于此,本文详细阐述了现代电子技术的实际应用情况,全面分析现代电源技术的发展趋势,以期为相关人士提供理论参考,并促进电源技术的大力应用。
1、现代电源技术的重要应用范畴
1.1 计算机电源应用
正常顺利地运行计算机应该具备绿色、节能和高效的电源。自20世纪80年代起,开关电源便已应用于计算机,代替了先前的SCR相控电源和线性稳压电源[1]。
1.2 通信电源应用
快速发展的通信业很大程度地促进了通信电源的进步。现代通信供电中,开关电源的高频小型化技术是主要应用。关于通信范畴,一般称整流器是一次电源,称直流-直流变换器(DC/DC)是二次电源。一次电源是用作变换三相或单相交流电网成为直流电源拥有48V的标称值。当前应用一次电源于程控交换机时,高频开关已经替代了以往的相控式稳压电源,经过IGBT或P-MOSFET高频工作的高频开关电源,能够控制开关频率于50~100kHz,使小型化和高效率得以实现。
1.3 不间断电源应用
在不能中断电力供应的场合,需要拥有高性能和高可靠性的电源——不间断电源。经过整流器使得交流市电成为直流电,一些能源为蓄电池组充电,而其他的能源使用逆变器产生交流电,然后转换负载状态。为使逆变器产生故障时依然能提供能量给负载,备用的另一路电源需应用电源转换开关。电力电子器件能够使电源降低噪音,且提高可靠性和效率。引入微处理器软硬件技术,能够使智能化管理不间断电源得以实现,并可以展开远程诊断和维护[2]。
1.4 变频器电源应用
进行变频调速的交流电机是变频器电源的重点应用。普遍采取变频器形成交流-直流-交流的电源。采取整流器的方式将工频电源转换为固定直流电压,接着通过脉冲宽度进行调整,然后由GIBT组成的PWM高频变换器或大功率晶体管,经过直流电压的逆变,得到交流输出电压和频率转换。通常电源会输出相似的正弦波和输出波形,可用在实现无级调速的驱动交流异步电动机中。在家电范畴,日本东芝公司在20世纪80年代初首次于空调应用交流变频调速技术。变频空调具备的优点是节能和舒适,不仅拥有变频电源,还拥有可以变速和变频的功能。完善控制对策,选择良好的功能性部件,为变频空调电源打下研制基础[3]。
1.5 电力有源滤波器应用
通过桥式开关控制电路和功率变换器组成电力有源滤波器。运行交换器采用交流-直流的变电方式,将大量谐波电流注入到电网中,使得谐波干扰和损耗产生,并产生恶化功率因数的状况,又称作谐波污染。例如,在整流加电容滤波不可控的情况下,仅存在0.5~0.6的网侧功率因数。电源有源滤波器是可以将谐波动态控制的电力电子新型装置,可以弥补LC滤波器以往存在的问题。
1.6 开关电源的分布式
开关电源分布式的基本部件由大规模控制和小功率模块集成电路,应用最新技术和理论成果形成的供电电源具备大功率、智能化及积木式的特点,继而密切结合弱电和强电,使得效率提高。分布式供电具备的优点是方便维护、经济、高效、可靠及节能等,逐渐被应用于工业控制、航空航天、通信设备以及大型计算机等。这种供电方式是最理想的低压高速型集成电路电源。在大功率范畴,该电源拥有宽广的发展空间,如电动机驱动电源、中频感应加热电源、电力机车牵引电源及电解电源等。
1.7 开关电源的工作方式
(1)脉频调制方式。这种方式具备的特点是维持脉冲原有宽度,采用改变开关频率的方式控制占空比,从而实现稳压效果。脉频调制器是重点。设计电路过程中,将锯齿波脉宽发生器替换成固定脉宽发生器,采取电压/频率转换器将频率改变,如压控振荡器。它的稳压原理为:在输出电压升高的状况下,控制器所输出的周期变长,但脉冲宽度不变,减小占比空间;在输出电压降低的情况下,输出电压在PFM式开关电源中拥有很宽的调节范围,输出端不必接入负载。(2)脉宽调制式。这种方式具有维持开关频率不变的特点,可采用改变脉冲宽度的方式控制占空比,从而实现稳压效果。脉宽调制器至关重要。固定开关周期对设计滤波电路非常有利,然而仍存在显著的缺点,受限于最小导通时间的功率。目前大多应用PWM方式的集成开关电源。(3)混合调制式。这种方式指的是不固定的开关频率和脉冲宽度,是混合PFM和PWM的方式,其包括脉频与脉宽调制器[4]。因为能够单独调节T和TP,所以拥有最宽调节范围的占空比,适用于调节宽范围的开关电源和实验室输出电压。
2、现代电源技术的发展走向分析
2.1 高频化发展
相关科学研究表明,现代电源技术中,电源电感的工作频率的平方根与变压器电容的体积成反相关关系。将电气设备从50Hz的频率调整到20000Hz时,电气设备的重量和体积明显下降。该方法通常应用于开关式整流器和逆变式整流焊机的设计中。随着科学技术的发展,功率电子器件提高了工作频率,使现代电源技术得到提高,许多高频电子设备较为传统的类型展现出固态化发展走向,提供给企业的经济效益较大。
2.2 模块化发展
随着科学技术的不断发展,逐渐展现出模块化的现代电源技术的发展走向,工业生产过程中,广泛应用的器件模块存在的单元类型较多,如标准功率的开关器件与二极管等。设计电源开关时,有些企业将驱动保护器安装与功率模块,获得智能化的功率模块系统,对整机的设计与制造十分有利。随着现代电源器件逐渐上升工作频率,寄生电感与寄生电容随之产生。为使现代电源器件更加快速、更加可靠,部分企业将用户专享的功能模块加入到系统中,即在固定的模块中统一安装全部的硬件,不需要引线将各个元器件相互连接。用户实际专享的集成模块系统与微电子的集成电路较为相似,开关电源装置的形成只需要简单的连接。为使电压应力降低,企业通常要运用多个独立单元进行并联工作,令各模块共同承载电流。通过与其他模块平分承载的电流,避免了单模块故障,保证了整个系统的正常运行[5]。
2.3 数字化发展
以往的信息模拟器通常用于电子技术控制的工作和设计。数字时代,许多电力电子技术建设都是以模拟电路为基础的。然而,随着互联网信息技术的快速发展,数字化的发展也在加速。工业生产过程中,数字电路与数字式信号变得愈发重要,数字信号处理技术逐渐完善与成熟,不断展现出数字信号处理的技术优势。采用计算机技术处理各种信息,可以避免模拟信号在传输中产生失真状况,可将干扰电子信号的散、杂、小信号减少,便于遥感监测与调试软件,有利于植入更多的容错技术与诊断技术。20世纪末期,模拟技术表现出较大的作用,特别是在功率因数校正、电磁兼容及印制版布图等方面。与模拟电源相比,数字电源采用A/D转换器采样,单片机计算误差,利用数字电源控制器FPGA、MCU及DSP等算法计算占空比,控制功率开关管。数字电源主要由数字电源驱动器、数字电源PWM控制器及数字信号处理器等器件组成。
控制数字开关电源的方法有两种。(1)数字芯片控制。开关电源系统由高性能数字控制芯片(如DSP)采样,然后通过A/D转换输出PWM控制信号。DSP输出的脉冲宽度调制(PWM)信号由驱动器放大并施加到开关。数字电源具有模块化程度高、数字智能芯片可操作性高及通信功能易于实现的优点。但是,数字电源也存在许多需要解决的技术问题,如长控制周期、长相位延迟时间等。(2)单片机控制。当微控制器控制数字开关电源时,系统首先对输出信号进行采样,并将采样信号转换为数字信号。精确地计算和调整数字信号,将运算结果转换为模拟信号,从而驱动PWM控制芯片,间接实现开关电源的数字控制[6]。
2.4 绿色化发展
绿色化发展现代电源技术包含两个方面——环保与节能。发展现代电源系统可以节约大量的电量。导致环境污染的关键问题是发电,避免电量浪费现象,可以减少发电对环境的污染[7]。现代电源技术产生了许多校正功率因数的处理办法,奠定了发展电源技术的前提条件,现代供电技术的发展基本上是基于电力电子技术的发展。为使电源开关性能得到充分发挥,研发出许多新型控制技术和电路拓扑结构[8]。
3、结论
随着科学技术的快速发展,逐渐研发出许多新型电源技术。本文详细介绍了现代电源技术的重要应用范畴。现代开关电源发展趋向于绿色化、数字化、模块化和高频化,使得用电效果更加高品质、高效用,推动了社会经济的快速发展。
参考文献:
[1]任俊闯,陈春燕.智能化数字电源的应用及其发展趋势探讨[J].数字通信世界,2017,(2):159-161.
[2]贾高松.电源技术的应用研究与发展趋势[J].山东工业技术,2017,(14):184.
[3]陈姝臻.高频开关电源的技术现状与发展趋势[J].技术与市场,2016,23(11):225.
[4]齐江涛.电子信息技术发展中的问题及趋势[J].通信电源技术2016,33(1):85-86.
[5]王晓龙,王永德.对电力电子产品电源技术发展的探讨[J].时代报告(学术版),2015,(5):195.
[6]贺志刚.通信电源技术的研发难度及应用技术探讨[J].通讯世界,2019,26(3):80-81.
[7]高东健,崔忠慧.当代通信电源技术的发展与应用[J].通信电源技术,2018,35(7):138-139.
[8]朱瑞刚.电力通信电源新技术及应用研究[J].中国新通信,2018,20(12):42.
杨波,胡鑫,边党伟.现代电源技术的应用和发展[J].通信电源技术,2019,36(8):251-252.
分享:
锂离子电池是当前最热门的能源之一,因其能量密度高、开路电压高、输出功率大、低自放电等优点[1],被广泛应用于可再生能源、储能系统和智能电网等多个领域[2]。但是如果电池老化后未能及时更换,可能会造成严重的安全问题。锂电池在使用过程中,容量会随着充放电循环次数的增加而降低[3]。为保证电池的安全使用,锂电池的剩余使用寿命(Remaining Useful Life,RUL)预测一直是个重要的研究课题。
2024-01-12近年来随着我国的通信行业高速发展,整个通信网络系统的可靠、稳定、不间断地运行,对民生和国防安全乃至国民经济方面有着越来越重要的影响。通信电源是通信网络系统的核心供电设备,作为备电的电池直挂通信电源直流母排,有着不间断直流供电的作用[1]。当系统局部发生短路故障时,如果配套不同种类电池,如铅酸电池、磷酸铁锂电池等,就会有着不同的故障现象和结果[2]。
2024-01-08由于由太阳能经太阳能电池转换的直流电不够稳定,必须通过太阳能逆变电源的逆变处理,转换成稳定的交流电后才能被使用。由此可见,太阳能逆变电源是太阳能光伏电池板和电网或负载之间的桥梁,在整个光伏发电系统中处于关键地位[1]。
2023-11-30DEH系统作为汽轮发电机组转速和负荷控制的关键系统,其系统回路的电源可靠性直接影响着机组的安全运行。故障引起非停的原因有设计上不合理,也有设备老化引发的故障。本文通过分析3个DEH系统电源故障案例,总结出DEH系统电源故障的防范措施,旨在为同行日常的DEH系统电源检修、维护工作提供建议,提高DEH系统电源的可靠性。
2023-11-22分布式电源(distribution generation, DG)并网改变了传统配电网的拓扑结构,对原系统的管理、控制和保护体系将造成较大冲击。分布式光伏(distributed photovoltaic, PV)并网会改变原系统潮流分布,甚至会出现潮流的反向流动,使配电网运行控制更为复杂,且带来一系列的电能质量问题。
2023-11-22电源是所有电子产品的核心部件,其性能的优劣将直接关系到产品的使用寿命,开关电源更是如此。随着现代电子产品的发展,不仅对直流供电的要求越来越高,同时也对电路的性能提出了更高的要求。在当前我国电力短缺问题日趋严重的情况下,如何有效地提高电力转换器的效率就显得十分重要。常规脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)功率转换器是一种硬开关技术,它的漏源电压和电流波形在开关时会产生较大的开关损耗[1]。
2023-11-21锂离子电池长时间使用过程中因为反复的充放电而出现材料及界面损伤,如锂金属负极因表面锂枝晶的生长刺破隔膜造成电池内部短路、高比容量硅负极因体积膨胀收缩效应导致电极结构破裂等。具有自愈能力的聚合物材料可以应对锂枝晶生长和其它机械性裂纹的产生,显著提高锂离子电池的安全性,延长使用寿命。
2021-08-06在全球能源转型的背景下,光伏产业迎来了由高速发展向高质量发展的转型期。本文以光伏电池提质增效、转型升级为目标,以光伏电池制造车间为载体,聚焦高效光伏电池车间自动化和数字化两大领域,对光伏电池智能制造车间建设所需的关键技术进行研究和梳理,重点研究光伏装备智能化升级、车间物流自动化、工业互联网网络建设、车间全流程管控系统等技术。
2021-08-04在全球的能源结构向清洁、低碳、环保转型的过程中,以氢气为燃料,基本上零排放、无污染、大功率、长续航的氢燃料电池车得到企业和国家的格外关注,甚至被认为是新能源汽车的终极方案。2020年4月,财政部发表《开展燃料电池汽车示范推广征求意见稿》,重点围绕燃料电池汽车关键零部件的核心技术攻关,对其进行鼓励和支持。
2021-08-03通过水热法合成磷掺杂二硫化钼纳米球,并研究其在锌离子电池中的应用。P-MoS2纳米球中MoS2的层间距为0.92nm。增大的层间距有利于Zn2+的扩散。此外,P掺杂提高了MoS2的导电性和结构稳定性。基于以上优点,在1.0A/g的电流密度下,Zn//P-MoS2电池具有108.2mAh/g的高放电比容量,经过500次循环后容量保持率仍然有82.0%。此外,库仑效率在整个循环过程中都接近100%。
2021-07-26人气:5943
人气:3581
人气:2397
人气:1774
人气:1565
我要评论
期刊名称:现代电子技术
期刊人气:1085
主管单位:陕西省科学技术厅
主办单位:陕西电子杂志社,陕西省电子技术研究所
出版地方:陕西
专业分类:科技
国际刊号:1004-373X
国内刊号:61-1224/TN
邮发代号:52-126
创刊时间:1977年
发行周期:半月刊
期刊开本:大16开
见刊时间:1年以上
影响因子:0.333
影响因子:0.315
影响因子:0.438
影响因子:0.000
影响因子:0.527
400-069-1609
您的论文已提交,我们会尽快联系您,请耐心等待!
你的密码已发送到您的邮箱,请查看!