在電力電子技術的應用及各種電源係統中，開關(guan) 電源技術均處於(yu) 核心地位。對於(yu) 大型電解電鍍電源,傳(chuan) 統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guan) 電源技術,其體(ti) 積和重量都會(hui) 大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳(chuan) 動中,更是離不開開關(guan) 電源技術，通過開關(guan) 電源改變用電頻率,從(cong) 而達到近於(yu) 理想的負載匹配和驅動控製。高頻開關(guan) 電源技術,更是各種大功率開關(guan) 電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。

理論分析和實踐經驗表明,電氣產(chan) 品的變壓器、電感和電容的體(ti) 積重量與(yu) 供電頻率的平方根成反比。所以當我們(men) 把頻率從(cong) 工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體(ti) 積重量大體(ti) 下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關(guan) 式整流器,都是基於(yu) 這一原理。同樣,傳(chuan) 統"整流行業(ye) "的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造, 成為(wei) "開關(guan) 變換類電源",其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由於(yu) 功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳(chuan) 統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體(ti) 現技術含量的價(jia) 值。

模塊化有兩(liang) 方麵的含義(yi) ,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們(men) 常見的器件模塊,含有一單元、兩(liang) 單元、六單元直至七元,包括開關(guan) 器件和與(yu) 之反並聯的續流二極管,實質上都屬於(yu) "標準"功率模塊(SPM)。有些公司把開關(guan) 器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體(ti) 積,更方便了整機的設計製造。實際上,由於(yu) 頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yan) 重,對器件造成更大的電應力(表現為(wei) 過電壓、過電流毛刺)。為(wei) 了提高係統的可靠性,有些製造商開發了"用戶專(zhuan) 用"功率模塊(ASPM),它把一台整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(ge) 模塊中,使元器件之間不再有傳(chuan) 統的引線連接,這樣的模塊經過嚴(yan) 格、合理的熱、電、機械方麵的設計,達到優(you) 化的境地。它類似於(yu) 微電子中的用戶專(zhuan) 用集成電路(ASIC)。隻要把控製軟件寫(xie) 入該模塊中的微處理器芯片,再把整個(ge) 模塊固定在相應的散熱器上,就構成一台新型的開關(guan) 電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅(jin) 在於(yu) 使用方便,縮小整機體(ti) 積,更重要的是取消傳(chuan) 統連線,把寄生參數降到最小,從(cong) 而把器件承受的電應力降至z低,提高係統的可靠性。另外,大功率的開關(guan) 電源,由於(yu) 器件容量的限製和增加冗餘(yu) 提高可靠性方麵的考慮,一般采用多個(ge) 獨立的模塊單元並聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個(ge) 模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量, 在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求, 而且通過增加相對整個(ge) 係統來說功率很小的冗餘(yu) 電源模塊,極大的提高係統可靠性,即使萬(wan) 一出現單模塊故障,也不會(hui) 影響係統的正常工作,而且為(wei) 修複提供充分的時間。

在傳(chuan) 統功率電子技術中,控製部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術是建立在模擬電路基礎上的。但是,數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(you) 點:便於(yu) 計算機處理控製、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的幹擾(提高抗幹擾能力)、便於(yu) 軟件包調試和遙感遙測遙調,也便於(yu) 自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對於(yu) 各類電路和係統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印製版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決(jue) ,離不開模擬技術的知識,但是對於(yu) 智能化的開關(guan) 電源,需要用計算機控製時,數字化技術就離不開了。

電源係統的綠色化有兩(liang) 層含義(yi) :首先是顯著節電, 這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境汙染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的汙染;其次這些電源不能(或少)對電網產(chan) 生汙染,國際電工委員會(hui) (IEC)對此製定了一係列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會(hui) 變成對電網的汙染源:向電網注入嚴(yan) 重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償(chang) 器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為(wei) 2l世紀批量生產(chan) 各種綠色開關(guan) 電源產(chan) 品奠定了基礎。

現代電力電子技術是開關(guan) 電源技術發展的基礎。隨著新型電力電子器件和適於(yu) 更高開關(guan) 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(chuan) 統的應用技術下,由於(yu) 功率器件性能的限製而使開關(guan) 電源的性能受到影響。為(wei) 了極大發揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關(guan) 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製技術,可使功率開關(guan) 工作在零電壓或零電流狀態,從(cong) 而可大大的提高工作頻率,提高開關(guan) 電源工作效率,設計出性能優(you) 良的開關(guan) 電源。

總而言之,電力電子及開關(guan) 電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會(hui) 使許多應用產(chan) 品更新,還會(hui) 開拓更多更新的應用領域。開關(guan) 電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標誌著這些技術的成熟,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(ye) 的發展,以開關(guan) 電源技術為(wei) 核心的通信用開關(guan) 電源,僅(jin) 國內(nei) 有20多億(yi) 人民幣的市場需求,吸引了國內(nei) 外一大批科技人員對其進行開發研究。開關(guan) 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(yi) 產(chan) 值需求的電力操作電源係統的國內(nei) 市場正在啟動,並將很快發展起來。還有其它許多以開關(guan) 電源技術為(wei) 核心的專(zhuan) 用電源、工業(ye) 電源正在等待著人們(men) 去開發。