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1 绪论 1.1 引言 随着社会的进步，科技的发展，人们对能源的消耗与日俱增，因此，电力电子变换器的需求量也越来越大，特别是开关变换器。每台计算机、电视、显示器及几乎所有的电能转化为机械能的场合都需使用开关变换器。电力电子技术的发展带动了电源技术的发展，而电源技术的发展又有效地促进了电源产业的发展。八十年代国内高频开关电源只在个人计算机电视机等若干设备上得到应用。由于开关电源在重量、体积、用铜用铁及能耗等方面都比线性电源和相控电源有显著减少，而且对整机多相指标有良好影响，因此它的应用得到了推广。近年来许多领域，例如电力系统、邮电通信、军事装备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等都越来越多应用开关电源，取得了显著效益。究其原因，是新的电子元器件、新电磁材料、新变换技术、新控制理论及新的软件（简称五新）不断地出现并应用到开关电源的缘故。五新使开关电源更上一层搂，达到了频率高、效率高、功率密度高、功率因数高、可靠性高（简称五高）。有了五高，开关电源就有更强的竞争实力，应用也更为扩大，反过来又遇到更多问题和更实际的要求。这些问题和要求可归纳为以下五个方面： （1）能否全面贯彻电磁兼容各项标准？ （2）能否大规模稳定生产或快捷单件特殊生产? （3）能否组建大容量电源? （4）电气额定值能否更高（如功率因数）或更低（如输出电压）? （5）能否使外形更加小型化、外形适应使用场所要求? 这五个问题是开关电源能否在更广泛领域应用的关键，是五个挑战。（简称五挑战）把挑战看成开关电源发展的动力和机遇，一向是电源科技工作者的态度。以功率因数为例，AC—DC开关电源或其他电子仪器输入端产生功率因数下降问题，用什么办法来解决?毫无疑问，利用开关电源本身的工作原理来解决开关电源应用中产生的问题是最积极的态度。实践中，用DC—DC开关电源和有源功率因数校正的开关电源，（成本比单机增加20%）：成功解决了这个问题。 现在，又进一步发展成单级有功率因数校正的开关电源，（成本只增加5%）；在三相升压式单开关整流器中减少谐波方法，有人采用注入六次谐波调脉宽控制，抑制住输入电流的五次谐波，解决了电流谐波畸变率小于100k的要求。这样的事例，不断从近年发表的科研论文中反映出来。 开关电源干扰技术及防止电网污染技术以引起国内外专家注意。在21世纪，分布式电源系统的组成将强调“系统集成”、“电力电子封装技术”等。现在新的器件(能低压工作、降压很小)陆续进入市场，因而可得到1V的低压输出和功率小到10mW的开关电源、功率密度达5—6，为便携装置微型化提供了条件。现在可以用软开关—PWM技术、印刷电路、折叠绕组变压器，可以采用非晶、纳米晶合金软磁材料的铁芯，小功率开关电源整机效率可达到90%，大功率电源可达到95%左右。开关频率以20KHz为下限，几十、几百倍的提高。体积设备、重量越来越显著下降。外形也可以做成轻、薄、短、小。总之，电源再不是大、粗、笨的设备，而是精致、灵巧可设计成兼有“智慧”的装置了。 九十年代以来，美国、德国等西方国家新建电厂和变电站已全部采用高频开关电源，近几年来，国内开关电源技术已经有了长足的进展，理论、研究、生产、应用等已有相当的成果或规模，采用了有效的均流技术和软开关技术，如大家所熟悉的朝阳电源就是一种较为完善的开关电源，但是，现在的开关电源都是为邮电通讯系统设计的低电压的模块，像电力系统的操作电源所用的220V/110V的电源则研究较少，深圳华为公司的电源模块有用于电力系统的智能型高频开关电源，质量不错，但是，它的三次和五次谐波较大，我们知道谐波对电网有危害作用，大量的谐波分量倒流入电网，造成对电网的谐波“污染”，一方面产生“二次效应”，即电流流过线路阻抗造成谐波电压降，反过来使电网电压也发生畸变；另一方面，会造成电路故障，使用电设备损坏。例如线路和配电变压器过热；谐波电流会引起电网LC谐振，或高次谐波电流流过电网的高压电容，使之过流、过热而爆炸；在三相电路中，中线流过三相三次谐波电流的叠加，使中线过流而损坏。另外，因为它没有采用有源功率因数校正，功率因数较低，只达到0.9，如果采用有效的功率因数校正，功率因数可以达到0.99以上。 而今，电源制造业已成为非常重要的基础产业，并广泛应到农业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、航运、国防、教育和文化等领域，其发展趋势为：继续向高频化、高效率、高功率密度化、低压、大电流化和多元化方向发展。现有的电源主要分为线性稳压电源和开关稳压电源。它们的特点各异而被广泛应用。线性稳压电源的优点是稳定性好、可靠性高、输出电压精度高，输出纹波电压小，而它的缺点是重量体积大，电源效率低，一般不会超过50%。线性稳压电源应用于对电源性能要求较高的场合。开关稳压电源的优点是效率高、可靠性和稳定性较好、体积小、重