高频开关电源的应用与发展.docVIP

高频开关电源的应用与发展 On Application and Development of High－ frequency SMPS 　 1高频电源系统方框图 　　高频开关整流器一般是先将交流电直接经二极管整流、滤波成直流电，再经过开关电源变换成高频交流电，通过高频变压器变压隔离后，由快速恢复二极管高频整流、电感电容滤波后输出，见图1。 图1 2采用高频化有较高技术经济指标 　　理论分析和实践经验表明，电器产品的体积重量与其供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz时，用电设备的体积重量大体上降至工频设计的（5～10）％。这正是开关电源实现变频带来明显效益的基本原因。逆变或整流焊机、通讯电源用浮充电源的开关式整流器，都是基于这一原理。 　　那么，以同样的原理对传统的电镀、电解、电加工、浮充、电力合闸等各种直流电源加以类似的改造，使之更新换代为“开关变换类电源”，其主要材料可以节约90％或更高，还可节电30％或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高，促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化，既可带来显著节能、节材的经济效益，更可体现技术含量的价值。 3设计模块化——自由组合扩容互为备用 提高安全系数 　　模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的应力（表现为过电压、过电流毛刺）。为了提高系统的可靠性，而把相关的部分做成模块。 　　把开关器件的驱动、保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块（IPM），这既缩小了整机的体积，又方便了整机设计和制造。 　　多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。这样，不但提高了功率容量，在器件容量有限的情况下满足了大电流输出的要求，而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块，便极大地提高了系统可靠性，即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供了充分的时间。 4高频开关电源产品规格 　　(见表1、表2) 表1功率500W～3000W 型号 SZ－500 SZ－1000 SZ－2000 SZ－3000 输出 电压 5～100V 10～100V 25～100V 24～36V 电流 5～100A 10～100A 8～80A 85～125A 稳定度（％） 1 1 1 1 输入电压（V） AC220 AC220 AC220 AC220 模块重量（kg） 1.5 2 4.5 8 表2功率5000W～20000W 型号 SZ－5000 SZ－10000 SZ－20000 输出 电压 24～36V 24～48V 24～48V 电流 140～210A 208～360A 420～850A 稳定度（％） 1 1 1 输入电压（V） AC380 AC380 AC380 模块重量（kg） 14 20 40 　　以上产品重量仅为传统产品重量的1/5～1/8。 5国内外IGBT逆变焊机的发展情况 　　IGBT逆变焊机具有动态特性好、体积小、重量轻、高效节能、节材、有利于焊接自动化等优点。从70年代起，就受到国内外焊机界的高度重视。当今，许多工业国家，如美国、西欧等把“绝缘栅双极型晶体管”（IGBT）运用到焊机上，其各项指标均优于其他类型焊机，已形成规模，并占领了市场，成为焊机的发展方向。目前，我国进口的焊机，大多是这种焊机。 　　根据有关统计，近年来我国每年的焊机销量以大约40％的速度递增，同时有关部门已决定淘汰老式焊机，IGBT逆变焊机以其优点，成为用户更新换代的首选产品。 5．1原理框图 　　见图2 图2 5．2原理说明 　　380（220）V交流电，经全桥整流成直流电源；通过IGBT逆变器，形成20kHz的高频矩形波；再由高频变压器降压到几十伏通过快速恢复二极管整流、滤波成为直流焊接电源。 5．3IGBT焊机主要优点： 　　·动态特性好，焊接质量高 　　·体积小，重量轻 　　·噪音低 　　·效率高，节能 　　近几年来，我国也有许多厂家从事IGBT焊机的开发和生产。国产焊机与进口产品相比有价格较低的优势。但由于多方面的原因，目前国产的IGBT逆变焊机，在设计技术、制造工艺、元器件可靠性等方面都有不同程度的问题，使得故障率较高。到目前为止，还没有一个厂家的产品在广大用户心目中建立可靠的产品形象。可以这样说，“谁能有突破，掌握高品质的产品，解决了国产IGBT焊机的可靠性问题，谁就可以占领这个市场”。 　 ZX7－400逆变弧焊整流器 AT7－400直流弧焊发电机 ZXG1－40硅整流弧焊机 ZXG－400磁放大器整流器 ZX5