模块电源发展趋势（现代电力电子技术的发展趋势）

本文目录

• 现代电力电子技术的发展趋势
• 开关电源的原理和发展趋势
• 我想学开关电源从哪里学起，我只会一点电子知识，请指点一下
• 电力电子器件的发展趋势中,大功率和高频化是一种什么样的关系
• 不间断电源（UPS）未来的发展趋势是什么

现代电力电子技术的发展趋势

　　现代电力电子技术的发展趋势【1】

　　摘 要 现代电力电子技术由控制电路、变流电路及电力电子器件三部分构成，在电力、电子和控制三大技术领域的共同作用下解决各种电力系统问题。

　　具体应用方面，电力技术涉及配电、发电及电力输送等诸多内容，而电子技术则主要涵盖了电子器件及电子电路的设备和技术问题，控制技术领域主要研究对象是外在装置设备的工作状态和参数标准。

　　器件作为电力电子技术的实施基础，对于电能的控制与转化意义重大，现代电力电子技术的发展势必将渗透生活的各个领域。

　　【关键词】现代电力电子技术 控制系统 发展趋势 应用展望

　　分析当前电力电子技术的发展趋势，其大致方向表现为由传统低频技术处理向现代高频技术转换，并逐渐取代传统的电力电子器件整合时代。

　　电力电子技术的发展源自硅整流器件，从整流器时代发展至逆变器时代，并逐渐演变为如今的变频器时代。

　　现代电力电子技术被广泛应用于社会生产生活的诸多领域，开关电源、输电技术、发电系统，随处可见电力电子技术的身影。

　　上世纪九十年代初以功率半导体复合器件为象征的现代电力电子体系逐渐形成，对于人们的工作和生活产生了重大影响。

　　本文从电力电子技术的发展历程和应用展望等方面分析了现代电力电子技术的发展趋势，体现了电力电子技术的发展与当前时代发展特征的融合。

　　1 关于电力电子技术的发展

　　1.1 回顾电力电子技术的发展历程

　　电力电子技术的发展历程可具体划分为三个时期，即整流器时代、逆变器时代和变频器时代。

　　首先，整流器时期的电力电子技术发展主要表现为大规模的工业用电，它的用电来源主要是交流发电机，消费形式以直流电为主，比如有色金属的电解、内燃机车的牵引以及轧钢中的直流电等。

　　硅整流器通过将直流电转化为工业用电而被广泛应用于配电和输电领域，这在六七十年代的中国随处可见。

　　其次，逆变器时代的电力电子技术发展遭遇了严重的能源危机，其波及范围之广使得整流器的发展不再适应电能企业的使用需求，以交流电为主的逆变器时代应运而生。

　　逆变器时代以晶闸管、晶体管以及晶闸管器件作为时代发展的主流，在高压直流输出的过程中实现了对动态功率的有效补偿。

　　然而这时的使用范围还仅仅局限于中低频领域，使用过程中的效率较为偏低。

　　再者，八十年代的变频器时代实现了大规模和超大规模集成电路的发展与应用，这不仅电子应用领域的显著创新，同时也为后期现代电力电子技术的发展提供了必要的技术借鉴。

　　变频器时代还对电力的精细加工技术进行了完善，全控型功率器件的出现实现了电力电子技术的高频化发展，使得现代电力电子技术转化成为一种可能。

　　功率半导体市场逐渐被变频器件取代，这一革新不仅提升了变频调速的使用频率，在小型轻量化技术装备方面也有了显著进步。

　　1.2 当前电力电子技术的应用领域

　　电力电子技术的发展核心控制体系在于电能器件的有效转换，作为一种现代技术，电力电子技术的主要功能不仅包括了逆变、整流、变频等基本方面，除此以外还涉及到斩波和智能开关等方面的内容。

　　通过对电网工频电能的转化来达到不同的使用目的，以此适应现代化生产对电力电子技术的使用需求。

　　具体应用方面，其应用领域主要包括了三大方面：其一，在变频器作用下对微电子技术及控制技术进行有效整合，将固有不变的交流电转变为可换可调的可变式交流电，以此达到无级调速的目的，这对电能资源的节约显然极为有利。

　　其二，在开关电源和供电电源方面现代电力电子技术也有着自身的使用功能，类似变频电源、焊接电源、充电电源、照明电源等都为现代化电力系统的完善提供了切实可行的技术指导。

　　其三，一些发电系统或是交流输电技术也体现出现代电力电子技术的应用意义，水力发电、风力发电、配电与用电系统的完善等都和电子系统的应用之间有着密切联系。

　　2 现代电力电子技术的发展趋势探讨

　　2.1 电力电子技术的发展趋势

　　电子电子技术归根结底是对电源技术的研究，电源技术不仅是电力电子技术研究的核心，一定程度上开光电源技术的发展也预示着现代电力电子技术今后的发展走向。

　　从发展趋势来看，现代电力电子技术的发展趋势可概括为以下几方面特点：

　　第一，现代电力电子技术的集成化与模块化特征。

　　这一特征主要表现在现代电力电子技术的功率器件和电源单元两个方面，从微小器件组成来实现电子器件的智能化辨别与使用。

　　这样的模块功率不仅有效控制了器件的体积，在设计与制造方面也形成了显著的模块化特征。

　　电力电子技术的模块化发展其核心目的旨在降低器件的电应力，从安全性与可靠性角度提升电力系统的使用性能。

　　第二，现代电力电子技术的高频化特征。

　　从理论分析及实践验证的双重角度不难看出，无论是变压器的电感还是电容体积在供电频率方面都呈现出一定的反比例趋势，因此体积的减小必然会导致电子技术的高频化呈现。

　　从这个角度来看，全控型电子器件的问世已然标志着现代电子与电力技术率先实现了自身的高频化转换。

　　第三，现代电力电子技术的全控化与数字化特征。

　　全控化电力电子技术的革新突破了原有电力电子器件在使用功能方面的限制，降低了关断换流电路可能造成的危险，从根本上保障了电力系统在使用过程中的安全性。

　　数字化特征则主要表现在现代电力电子技术的高频斩波以及谐振变换等方面，从弱电领域拓展了电力电子技术的发展渠道，提前实现了控制技术的集成化。

　　第四，现代电力电子技术的绿色化特征。

　　这里的绿色化特征既包括了环境污染问题的控制，又涉及到必要的电网污染源问题，是当前电力电子技术在发展过程中亟需解决的重要问题。

　　发电容量的控制从根本上减少了发电对环境造成的污染，与此相关的污染过滤器或是电能补偿系统等都是当前电力电子技术向绿色化迈进的有力证据。

　　具体的电力电子技术应用方面，则主要表现为四大革新趋势：其一，太阳能发电技术的应用。

　　太阳能发电技术为普通家庭提供了足够的.电能使用空间，成为了可再生资源的有效传播途径之一。

　　其二，燃料电池发电技术。

　　燃料电池的发电装置主要是将其中的化学能转化为可使用的电能，节能省电，鲜少产生环境污染问题。

　　其三，交流输电技术的应用。

　　作为一种新型电力系统出现的交流输电技术实现了对电网资源重新分配与利用，保障了电力系统的稳定性。

　　其四，现代电力电子技术中的储存与质量控制技术。

　　储存技术的使用在于提升电力系统本身的电力储备功能，而质量控制技术则在于从供电质量角度提高电力产品的使用效率。

　　2.2 现代电力电子技术的应用展望

　　关于现代电力电子技术的应用展望，可从如下几方面得以体现：第一，从节能性角度提升电机系统的使用性能，可从专用电机的设计或是控制设备的完善等方面来提升整体电力系统的使用效率;第二，中高压直流输电系统的运用也是今后电力电子技术发展的必然趋势，这一系统本身就具备了低污染和低能耗的特点;第三，当前社会发展进程中充电站网络的构建或是电动车辆的普及已经逐渐成为现代电力电子技术发展进程中积极完善与改革的内容，以电动汽车为代表的环保电力问题逐渐成为一个时代课题。

　　至于当前城市建设过程中充电网络的配备问题基本尚处于起步阶段，无论是实际应用领域还是理论构建领域都还存在许多值得研究和讨论的问题，但无疑其发展空间是极为广阔的;第四，关于电力系统中电能储备装置的设置与超导线的使用也将成为电力电子技术亟需解决的问题之一，从根本上解决电能储备问题势必将对电力系统的持续发展产生积极而深远的影响。

　　然而面对电能储备过程中存在的诸多问题，电力系统设计者需要从控制技术与存储技术的双重层面来体现储能装置的有效性，对于其中可能存在的不合理问题提出切实有效的解决或改进对策。

　　3 结束语

　　现代电力电子技术的核心在于通过电子器件的转换来达到特定的变频和技术控制目的，以此实现节能减排的环保目标。

　　实际技术应用领域，电力电子技术的发展也是对电源技术的提升，在此基础之上现代电力电子技术本身的自动化与智能化特征越来越明显，高频化、模块化和绿色化的电力电子技术逐渐成为一种可能。

　　伴随如今半导体器件的日臻成熟，电力电子技术的发展也更加崇尚经济和环保的发展原则，体现电能品质与效率的有机结合。

　　不难看出，电力电子技术的发展源于技术领域本身的应用需求，随着现代化电子技术和电能耗材的出现，一些陈旧的电力电子技术理应被更加先进的技术所取代，进而更好地满足电子应用领域的使用需求。

　　当前日臻成熟的开关电源技术正逐渐朝着集成化、绿色化和数字化的方向发展，这也象征着现代电力电子技术的发展又向前迈了一大步。

　　参考文献

　　.北京：机械工业出版社，2008.

　　.北京：机械工业出版社，2001.

　　.北京：中国石油大学出版社，2007.

　　.北京：机械工业出版社，2005.

　　现代电力电子技术应用及发展【2】

　　摘 要：现代电力电子技术自20世纪60年代开始出现，其发展势头迅猛。

　　这是一项能够对电能进行控制和转换的技术，在多个行业都起到非常重要的作用，应用领域十分广泛。

　　文中分析了现代电力电子技术的发展趋势，并进一步对现代电力电子技术的应用进行了具体的阐述。

　　关键词：电力电子技术;发展趋势;应用

　　0 前言

　　现代电力电子技术的发展经历了几个不同的阶段，整流器时代、逆变器时代和变频器时代，现代电力电子技术属于变频器时代，同时又与微电子技术有效地进行了结合，这不仅使其应用范围十分广泛，而且在国民经济中的地位也变得越来越重要。

　　1 现代电力电子技术的发展趋势

　　在当前科学技术快速发展的新形势下，随着电力电子技术的不断革新，其发展达到了一个较高的水平。

　　现代电力电子技术主要是对电源技术进行开发和应用，可以说电源技术的发展是当前电力电子技术发展的主要方向。

　　1.1 现代电力电子技术向模块化和集成化转变

　　电源单元和功率器件作为现代电力电子技术的重要组成部分，是电子器件智能化的核心所在，其组成器件具有微小性，因此电力电子器件结构也更为紧凑，体积较小，但其能够与其他不同器件的优点进行有效综合，所以其具有显著的优势。

　　也加快了现代电力电子技术向模块化和集成化转变的进程，为电力系统使用性能的提升奠定了良好的基础。

　　1.2 现代电力电子技术从低频向高频化转变

　　变压器供电频率与变压器的电容体积、电感呈现反比的关系，在电力电子器件体积不断缩小的情况下，现代电力电子技术必然会加快向高频化方向转化。

　　可控制关断型电力电子器件的出现即是现代电力电子技术向高频转化的重要标志。

　　而且随着科学技术发展速度的加快，电力电子技术也必然会向着更高频的方向发展。

　　1.3 现代电力电子技术向全控化和数字化转变

　　传统的电力电子器件在使用过程中存在着一些限制，而且关断电器时还会产生一些危险，自关断的全控型器件在市场上出现后，有效地弥补了这些限制和避免了危险的发生，这也是现代电力电子技术变革的重要体现，表明现代电力电子技术加快了数字化发展的进程。

　　1.4 现代电力电子技术向绿色化转变

　　现代电力电子技术向绿色化转变主要表现在节能和电子产品两个方面。

　　相比于传统的电力电子技术来讲，现代电力电子技术的节能性更好，这也实现了发电容量的有效节约，对环境保护带来了较好的效果。

　　一直以来一些电子设备会将严重的高次谐波电流入到电网中，给电网带来较大的污染，导致电网总功率质量下降，电网电压出现不同程序的畸变。

　　到了上世纪末期，各种有源滤波器和补偿器的面世，实现了对功率参数的修正，从而为现代电力电子技术的绿色化发展奠定了良好的基础。

　　2 现代电力电子技术的应用

　　现代电力电子技术的功能具有多样性的特点，其在多个领域都有着广泛的应用，这也决定了现代电力电子技术在国民经济发展中占据非常重要的地位，有着不可替代的作用。

　　2.1 电源方面

　　(1)一般电源。

　　现代电力电子技术在开关电源和供电电源方面都取得了较大的进展，交流电直接由整流器转变为直流电，这部分直流电一部分由逆变器转换为交流，然后经由转换开关到达负载，而另一部分则直接对蓄电池组进行充电。

　　一旦逆变器发生故障，蓄电池组则作为备用电源开始直接向负载提供能量。

　　在现在的电力电子器件中普遍采用MOSFET和IGBT作为电源，不仅具有较好的降噪性，而且电源的效率和可靠性也能够得到有效的保障。

　　(2)专用电源。

　　高频逆变式焊机电源和大功率开关型高压直流电源是比较典型的两种应用现代电力电子技术的专用电源。

　　高频逆变式焊机电源是一种高性能的电源，由于大容量模块IGBT的普遍使用，使得这种电源有着更加广阔的应用前景，逆变式焊机电源基本采用的都是交流-直流-交流-直流的转换方法，由于焊机工作的环境条件恶劣，所以燃弧、短路等就成为了司空见惯的问题，而采用IGBT组成的PWM相关控制器，能够提取和分析参数和信息，进而预先对系统做出处理和调整。

　　大功率开关型高压直流电源主要应用CT机、静电除尘等比较大型的设备上，因为这类设备电压比较高，甚至达到了50 ～ 159kV，将市电经过整流器整流变为直流，然后与谐振逆变电路串联，逆变为高频电压，再升压，最后整流成为直流高压。

　　2.2 传动控制及牵引

　　这主要应用在无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制等等方面，通过将一个固定的直流电压转换为一个可以变化的直流电压，这样就能够使控制更加的平稳和快速，而且还可以节能。

　　2.3 在电力系统中的应用

　　在发电系统中现代电力电子技术的应用更是广泛，比如说水力风力发电、用电系统、配电、输电等等都和现代电力电子技术有着密切的联系。

　　目前的风力电力机组已经结合了机械制造、空气动力学、计算机控制技术、电力电子技术等等，而现代电力电子技术就是发电系统中不可或缺的重要技术，它对于电能的转换、机组的控制和改善电能质量等都很重要。

　　2.4 在节能和改造传统行业中的应用

　　现代工作的开展离不开电能的支持，电能是现代工业的重要动力和能量源头。

　　随着我国工业用电量不断增加，用电的不合理及浪费现象也日益显现出来。

　　这就需要有效地降低能源的消耗，提高电能的利用效率，以便于能够对当前能源紧缺的局面起到一定的缓解作用。

　　因此需要充分的发挥现代电力电子技术的性能优势，有效地提高现代电力电子技术的效率，应用现代电力电子技术，通过工业控制有效地将电能转换为劳动力，建成现代化的智能车库，从而降低工人的劳动强度，实现人力资源的节约，确保劳动生产力的提高，以便于推动传统行业的改造进程。

　　2.5 在家用电器方面的应用

　　现代电力电子技术在我们日常生活中应用也较为广泛，当前家用电器普遍应用现代电力电子技术，给我们的日常生活带来了较大的便利。

　　许多电器都只需要按下按钮就能进行工作，而不需要人们亲自动手。

　　3 应用展望

　　在今后现代电力电子技术应用过程中，需要重视以下几个方面的问题：首先，需要对节能和环保给予充分的重视，通过完善控制设备和设计专用的电机来有效地提高电机系统的使用性能和效率;其次，为了实现节能和环保，则需要使用中高压直流转电系统，使其实现低能耗及低污染;最后，需要加快解决电力系统中储电装置的设置问题，需要电力系统设计者从控制技术等方面来制定切实可行的解决方案，从而对电能储备中存在问题进行有效解决，更好地推动电力系统的持续、稳定发展。

　　4 结语

　　现代电力电子技术在多个领域都得到了广泛的应用，特别是对电网的控制和转换上发挥着非常重要的作用。

　　通过现代电力电子技术的应用，使大功率电能成为其他高新技术的重要基础，这也决定了现代电力电子技术在国民经济发展中的重要地位具有不可替代性，对推动经济和社会的发展发挥着非常重要的作用。

　　参考文献：

　　.电子世界，2011(9)：19+25.

　　.电子技术与软件工程，2014(1)：156-157.

　　.现代电子技术，2005(18)：102-105.

开关电源的原理和发展趋势

开关电源的基本原理 开关电源按控制原理来分类，大致有以下3种工作方式： 1）脉冲宽度调制式，简称脉宽调制(PulseWidth Modulation，缩写为PWM)式。其主要特点是开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来调节占空比，实现稳压目的。其核心是脉宽调制器。开关周期的固定为设计滤波电路提供了方便。但是，它的缺点是受功率开关最小导通时间的限制，对输出电压不能作宽范围调节；此外，输出端一般要接假负载(亦称预负载)，以防止空载时输出电压 升高。目前，大多数的集成开关电源采用PWM方式。2）脉冲频率调制方式，简称脉频调制(PulseFrequency Modulation，缩写为PFM)式。其特点是将脉冲宽度固定，通过改变开关频率来调节占空比，实现稳压的目的。其核心是脉频调制器。在电路设计上要用固定脉宽发生器来代替脉宽调制器中的锯齿波发生器，并利用电压频率转换器(例如压控振荡器VCO)改变频率。它的稳压原理是：当输出电压Uo升高时，控制器输出信号的脉冲宽度不变而周期变长，使占空比减小，Uo降低。PFM式开关电源的输出电压调节范围很宽，输出端可不接假负载。3）混合调制方式，是指脉冲宽度与开关频率均不固定，彼此都能改变的方式，它属于PWM和PFM的混合方式。它包含了脉宽调制器和脉频调制器。由于 和T均可单独调节，因此占空比调节范围最宽，适合制作供实验室使用的输出电压可以宽范围调节的开关电源。 以上3 种工作方式统称为“ 时间比率控制”(Time Ratio Control，简称TRC)方式。需要指出的是，脉宽调制器既可作为一片独立的集成电路使用(例如UC3842型脉宽调制器)，亦可被集成在DC/DC变换器中(例如LM2576型开关稳压器集成电路)，还能集成在AC/DC变换器中(例如TOP250型单片开关电源集成电路)。其中，开关稳压器属于DC/DC电源变换器，开关电源一般为AC/DC电源变换器。发展趋势：1）小型化、薄型化、轻量化、高频化。开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能，因此高频化是开关电源的主要发展方向。 2）高可靠性。开关电源比连续工作电源使用的元器件多数十倍，因此降低了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度，采用模块化技术可以满足分布式电源系统的需要，提高系统的可靠性。 3）低噪声。开关电源的缺点之一是噪声大，单纯地追求高频化，噪声也会随之增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声，所以，尽可能降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。 4）采用计算机辅助设计和控制。采用CAA和CDD技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实时检测、记录并自动报警等。 5）低输出电压技术。随着半导体制造技术的不断发展，微处理器和便携式电子设备的工作越来越低，这就要求未来的DC-DC变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备的供电要求。开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关，高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。发展电力M O S F E T、I G B T等新型高速器件，开发高频用的低损磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法，提高滤波电容的介电常数及降低其等效串联电阻等方面的工作，对于开关电源小型化始终产生着巨大的推动作用。 总之，人们在开关电源技术领域里，边开发低损耗回路技术，边开发新型元器件，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数的市场增长率向小型、薄型、高频、低噪声、高可靠方向发展。

我想学开关电源从哪里学起，我只会一点电子知识，请指点一下

工作原理原理简介　　开关电源是利用现代电力技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。　　开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。　　与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。　　控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。他们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。　　开关电源有两种主要的工作方式：正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的布置差别很小，但是工作过程相差很大，在特定的应用场合下各有优点。电路原理　　所谓开关电源呢，开关电源里有的采用可控硅，有的采用开关管，这两个元器件性能差不多，都是靠基极、（开关管）控制极（可控硅）上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或可控硅就导通，由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降低，供各个电路工作。振荡脉冲负半周到来，电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压，电源调整管截止，300V电源被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的工作电压，就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持。待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时，重复上一个过程。这个开关变压器就叫高频变压器，因为他的工作频率高于50HZ低频。那么推动开关管或可控硅的脉冲如何获得呢，这就需要有个振荡电路产生，我们知道，晶体三极管有个特性，就是基极对发射极电压是0.65-0.7V是放大状态，0.7V以上就是饱和导通状态， -0.1V- -0.3V就工作在振荡状态，那么其工作点调好后，就靠较深的负反馈来产生负压，使振荡管起振，振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定，振荡频率高输出脉冲幅度就大，反之就小，这就决定了电源调整管的输出电压的大小。那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢，一般是在开关变压器上，单绕一组线圈，在其上端获得的电压经过整流滤波后，作为基准电压，然后通过光电耦合器，将这个基准电压返回振荡管的基极，来调整震荡频率的高低，如果变压器次级电压升高，本取样线圈输出的电压也升高，通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高，这个电压加到振荡管基极上，就使振荡频率降低，起到了稳定次级输出电压的稳定，太细的工作情况就不必细讲了，也没必要了解的那么细的，这样大功率的电压由开关变压器传递，并与后级隔开，返回的取样电压由光耦传递也与后级隔开，所以前级的市电电压，是与后级分离的，这就叫冷板，是安全的，变压器前的电源是独立的，这就叫开关电源。说到这里吧。开关条件　　电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态高频条件　　电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频直流条件　　开关电源输出的是直流而不是交流 也可以输出高频交流如电子变压器　　各种功能本段开关电源的发展　　开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn-Zn）材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs）下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的的可靠性大大提高。　　模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N+1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。　　电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。本段功能DC/DC变换　　DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。其具体的电路由以下几类：Buck电路　　——降压斩波器，其输出平均电压　　U0小于输入电压Ui，极性相同。Boost电路　　——升压斩波器，其输出平均电压 开关电源及电路图U0大于输入电压Ui，极性相同。Buck－Boost电路　　——降压或升压斩波器，其　　输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。Cuk电路　　——降压或升压斩波器，其输出平均电　　压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。　　还有Sepic、Zeta电路。隔离型电路　　上述为非隔离型电路，隔离型电路有正激电路、反激电路、半桥电路、全桥电路、推挽电路。　　当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6.2、10、17)W/cm3，效率为（80～90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200～300)kHz，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90%。AC/DC变换　　AC/DC变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、、FCC、CSA），交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作损耗增大，限制了AC/DC变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。　　AC/DC变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单相、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。　　开关电源的选用　　开关电源在输入抗干扰性能上，由于其自身电路结构的特点（多级串联），一般的输入干扰如浪涌电压很难通过，在输出电压稳定度这一技术指标上与线性电源相比具有较大的优势，其输出电压稳定度可达(0.5～1）%。开关电源模块作为一种电力电子集成器件，要注意选择。本段使用指南提高待机效率的方法　　切断启动电阻　　　对于反激式电源，启动后控制芯片由辅助绕组供电，启动电阻上压降为300V左右。设启动电阻取值为47kΩ，消耗功率将近2W。要改善待机效率，必须在启动后将该电阻通道切断。TOPSWITCH，ICE2DS02G内部设有专门的启动电路，可在启动后关闭该电阻。若控制器没有专门启动电路，也可在启动电阻串接电容，其启动后的损耗可逐渐下降至零。缺点是电源不能自重启，只有断开输入电压，使电容放电后才能再次启动电路。　　降低时钟频率　　　时钟频率可平滑下降或突降。平滑下降就是当反馈量超过某一阈值，通过特定模块，实现时钟频率的线性下降。　　切换工作模式　　　1．QR→PWM对于工作在高频工作模式的开关电源，在待机时切换至低频工作模式可减小待机损耗。例如，对于准谐振式开关电源（工作频率为几百kHz到几MHz），可在待机时切换至低频的脉宽调制控制模式PWM（几十kHz）。　　IRIS40xx芯片就是通过QR与PWM切换来提高待机效率的。当电源处于轻载和待机时候，辅助绕组电压较小，Q1关断，谐振信号不能传输至FB端，FB电压小于芯片内部的一个门限电压，不能触发准谐振模式，电路则工作在更低频的脉宽调制控制模式。　　2．PWM→PFM　　对于额定功率时工作在PWM模式的开关电源，也可以通过切换至PFM模式提高待机效率，即固定开通时间，调节关断时间，负载越低，关断时间越长，工作频率也越低。将待机信号加在其PW/引脚上，在额定负载条件下，该引脚为高电平，电路工作在PWM模式，当负载低于某个阈值时，该引脚被拉为低电平，电路工作在PFM模式。实现PWM和PFM的切换，也就提高了轻载和待机状态时的电源效率。　　通过降低时钟频率和切换工作模式实现降低待机工作频率，提高待机效率，可保持控制器一直在运作，在整个负载范围中，输出都能被妥善的调节。即使负载从零激增至满负载的情况下，能够快速反应，反之亦然。输出电压降和过冲值都保持在允许范围内。　　可控脉冲模式（BurstMode）　　可控脉冲模式，也可称为跳周期控制模式（SkipCycleMode）是指当处于轻载或待机条件时，由周期比PWM控制器时钟周期大的信号控制电路某一环节，使得PWM的输出脉冲周期性的有效或失效，这样即可实现恒定频率下通过减小开关次数，增大占空比来提高轻载和待机的效率。该信号可以加在反馈通道，PWM信号输出通道，PWM芯片的使能引脚（如LM2618，L6565）或者是芯片内部模块（如NCP1200，FSD200，L6565和TinySwitch系列芯片）。输出计算　　因开关电源工作效率高，一般可达到80%以上，故在其输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，通常输出计算公式为：　　Is=KIf　　式中：Is—开关电源的额定输出电流；　　If—用电设备的最大吸收电流；　　K—裕量系数，一般取1.5～1.8；接地　　开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，开关电源均采取EMC电磁兼容措施，因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列开关电源，将其FG端子接大地或接用户机壳，方能满足上述电磁兼容的要求。保护电路　　开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。本段产品特点特点介绍　　●电压输入范围宽，56VAC到650VAC；　　●输入输出间隔离电压达4KVAC；●输出电压可调3-20v　　●高效率、低噪音、稳定可靠； MSH微型开关电源●选用低阻抗长寿命电解电容；　　●内置过流保护，输出可持续短路；　　●输入、输出采用直焊式引脚，整体环保真空封装；　　●成本低、体积小、重量轻、外围电路设计简单。　　●优质的EMC指数，使本开关电源可以放心的应用到各种对EMC要求高的场合，减少对环境的电磁污染，更加节能环保，利用高频脉冲变压器内置屏蔽罩来提高EMC指数。开关电源的三个条件　　1、开关：电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态　　2、高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频　　3、直流：开关电源输出的是直流而不是交流本段产品测试耐压测试　　（HI.POT,ELECTRIC STRENGTH ,DIELECTRIC VOLTAGE WITHSTAND）KV　　于指定的端子间,例如:I/P-O/P,I/P-FG,O/P-FG间,可耐交流之有效值,漏电流一般可容许10毫安,时间1分钟。　　测试条件Ta：25℃；RH：室内湿度；测试回路。　　说明耐压测试主要为防止电气破坏，经由输入串入之高压，影响使用者安全。　　测试时电压必须由0V开始调升，并于1分钟内调至最高点。　　放电时必须注意测试器之Timer设定，于OFF前将电压调回 0V。　　安规认证测试时，变压器需另行加测，室内 ，温度25℃，RH：95℃，48HR，后测试变压器初/次级与初级/CORE。　　生产线测试时间为1秒钟。纹波测试　　（涟波杂讯电压）　　（Ripple & Noise）%，mv　　直流输出电压上重叠之交流电压成份最大值(P-P)或有效值。　　测试条件　I/P: Nominal 开关电源伯特图　　O/P : Full Load　　Ta : 25℃　　测试回路　　测试波形　　说明　示波器之GND线愈短愈好,测试线得远离PUS。　　使用1：1之Probe。　　Scope之BW一般设定于20MHz，但是对于目前的网络产品测试纹波噪声最好将BW设为最大。　　Noise与使用仪器，环境差异极大，因此测试必须表明测试地点。　　测试纹波噪声以不超过原规格值 +1%Vo。漏电流测试　　（洩漏电流） 开关电源电路示意图（Leakage Current）mA　　输入一机壳间流通之电流（机壳必须为接大地时）。 测试条件　I/P：Vin max.×1.06(TUV)/60Hz　　Vin max.(UL1012)/60Hz　　O/P: No Load/Full Load　　Ta: 25 ℃　　测试回路　　说明　L，N均需测。　　UL1012 R值为1K5。　　TUV R值为2K/0。15uF。　　漏电流规格TUV：3。5mA,UL1012:5mA。温度测试　　（Temperature Test）　　温度测试指PSU于正常工作下，其零件或Case温度不得超出其材质规　　格或规格定值。　　测试条件　　　I/P: Nominal　　O/P: Full Load　　Ta : 25℃　　测试方法　　　将Thermo Coupler(TYPE K)稳固的固定于量测的物体上　　（速干、Tape或焊接方式）。　　Thermo Coupler于末端绞三圈后焊成一球状测试。　　我们一般用点温计测量。　　测试零件　　　热源及易受热源影响部分　　例如：输入端子、Fuse、输入电容、输入电感、滤波电容、桥整、热　　敏、突波吸收器、输出电容、输出电容、输出电感、变压器、铁芯、　　绕线、散热片、大功率半导体、Case、热源零件下之P.C.B.……。　　零件温度限制　　　零件上有标示温度者，以标示之温度为基准。　　其他未标示温度之零件，温度不超过P.C.B.之耐温。　　电感显示个别申请安规者，温升限制65℃Max(UL1012),75℃　　Max(TUV)。输入电压调节率测试　　（Line Regulation）, %　　输入电压在额定范围内变化时，输出电压之变化率。　　Vmax-Vnor　　Line Regulation(+)=Vnor 开关电源适配器Vnor-Vmin　　Line Regulation(-)=Vnor　　Vmax-Vmin　　Line Regulation=Vnor　　Vnor:输入电压为常态值，输出为满载时之输出电压。　　Vmax:输入电压变化时之最高输出电压。　　Vmin:输入电压变化时之最低输出电压。　　测试条件　　　I/P：Min./Nominal/Max　　O/P:Full Load　　Ta:25℃　　测试回路　　说明　　　Line Regulation 亦可直接Vmax-Vnor与Vmin-Vnor之±最大　　值以mV表示，再配合Tolerance%表示。负载调节率测试　　（Load Regulation）%　　输出电流于额定范围内变化（静态）时，输出电压之变化率。　　|Vminl-Vcent|　　Line Regulation(+)=×100%Vcent　　|Vcent-VfL|　　Line Regulation(-)=×100%Vcent　　|VminL-VfL|　　Line Regulation(%)=×100%Vcent　　VmilL:最小负载时之输出电压 开关电源外壳VfL:满载时之输出电压　　Vcent:半载时之输出电压　　测试条件　　　I/P：Nominal　　O/P:Min./Half/Full Load　　Ta:25℃6.3测试回路：　　6．4Load Regulation亦可直接Vmin.L-Vcent与Vcent-Vmax.之±最大　　值以mV表示，再配合Tolerance%表示。本段开关电源维修步骤　　1、修理开关电源时，首先用万用表检测各功率部件是否击穿短路，如电源整流桥堆，开关管，高频大功率整流管；抑制浪涌电流的大功率电阻是否烧断。再检测各输出电压端口电阻是否异常，上述部件如有损坏则需更换。　　2、第一步完成后，接通电源后还不能正常工作，接着要检测功率因数模块（PFC）和脉宽调制组件（PWM），查阅相关资料，熟悉PFC和PWM模块每个脚的功能及其模块正常工作的必备条件。　　3、然后，对于具有PFC电路的电源则需测量滤波电容两端电压是否为380VDC左右，如有380VDC左右电压，说明PFC模块工作正常，接着检测PWM组件的工作状态，测量其电源输入端VC ，参考电压输出端VR ，启动控制Vstart/Vcontrol端电压是否正常，利用220VAC/220VAC隔离变压器给开关电源供电，用示波器观测PWM模块CT端对地的波形是否为线性良好的锯齿波或三角形，如TL494 CT端为锯齿波，FA5310其CT端为三角波。输出端V0的波形是否为有序的窄脉冲信号。　　4、在开关电源维修实践中，有许多开关电源采用UC38××系列8脚PWM组件，大多数电源不能工作都是因为电源启动电阻损坏，或芯片性能下降。 当R断路后无VC，PWM组件无法工作，需更换与原来功率阻值相同的电阻。当PWM组件启动电流增加后，可减小R值到PWM组件能正常工作为止。在修一台GE DR电源时，PWM模块为UC3843，检测未发现其他异常，在R（220K）上并接一个220K的电阻后，PWM组件工作，输出电压均正常。有时候由于外围电路故障，致使VR端5V电压为0V，PWM组件也不工作，在修柯达8900相机电源时，遇到此情况，把与VR端相连的外电路断开，VR从0V变为5V，PWM组件正常工作，输出电压均正常。　　5、当滤波电容上无380VDC左右电压时，说明PFC电路没有正常工作，PFC模块关键检测脚为电源输入脚VC，启动脚Vstart/control，CT和RT脚及V0脚。修理一台富士3000相机时，测试一板上滤波电容上无380VDC电压。VC，Vstart/control,CT和RT波形以及V0波形均正常，测量场效应功率开关管G极无V0 波形，由于FA5331（PFC）为贴片元件，机器用久后出现V0端与板之间虚焊，V0信号没有送到场效应管G极。将V0端与板上焊点焊好，用万用表测量滤波电容有380VDC电压。当Vstart/control 端为低电平时，PFC亦不能工作，则要检测其端点与外围相连的有关电路。　　总之，开关电源电路有易有难，功率有大有小，输出电压多种多样。只要抓住其核心的东西，即充分熟悉开关电源的基本结构以及PFC及PWM模块的特性，它们工作的基本条件，按照上述步骤和方法，多动手进行开关电源的维修，就能迅速地排除开关电源故障，达到事半功倍的效果。本段开关电源维修技巧　　开关电源的维修可分为两步进行：　　断电情况下，“看、闻、问、量”　　看：打开电源的外壳，检查保险丝是否熔断，再观察电源的内部情况，如果发现电源的PCB板上有烧焦处或元件破裂，则应重点检查此处元件及相关电路元件。资产管理　　闻：闻一下电源内部是否有糊味，检查是否有烧焦的元器件。　　问：问一下电源损坏的经过，是否对电源进行违规操作。　　量：没通电前，用万用表量一下高压电容两端的电压先。如果是开关电源不起振或开关管开路引起的故障，则大多数情况下，高压滤波电容两端的电压未泄放悼，此电压有300多伏，需小心。用万用表测量AC电源线两端的正反向电阻及电容器充电情况，电阻值不应过低，否则电源内部可能存在短路。电容器应能充放电。脱开负载，分别测量各组输出端的对地电阻，正常时，表针应有电容器充放电摆动，最后指示的应为该路的泄放电阻的阻值。　　加电检测　　通电后观察电源是否有烧保险及个别元件冒烟等现象，若有要及时切断供电进行检修。　　测量高压滤波电容两端有无300伏输出，若无应重点查整流二极管、滤波电容等。　　测量高频变压器次级线圈有无输出，若无应重点查开关管是否损坏，是否起振，保护电路是否动作等，若有则应重点检查各输出侧的整流二极管、滤波电容、三通稳压管等。　　如果电源启动一下就停止，则该电源处于保护状态下，可直接测量PWM芯片保护输入脚的电压，如果电压超出规定值，则说明电源处于保护状态下，应重点检查产生保护的原因。

电力电子器件的发展趋势中,大功率和高频化是一种什么样的关系

电力电子技术在节约能源与绿色电源技术方面扮演着重要角色。它已经发展为电气工程学科最为重要、最为活跃的一个分支。近年来，电力电子器件在性能方面获得了很大的提高，未来发展的主流是提高电流和电压的等级、提高工作频率、缩小体积、高度模块化和高工作效率化，并根据电力电子装置的需要协调电压、电流和频率之间的关系。所谓电力电子技术就是使用电力半导体器件及电子技术对电气设备的电功率进行变控制的技术。它以实现“高效率用电和高品质用电”为目标，是一门综合电力半导体器件、电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术等许多学科的交叉学科。电力电子器件是电力电子技术的基础和源头。在电力电子器件中，GTO+晶闸管、整流管、IGCT、GTR+的发展速度减缓；,MOS场控半导体器件以其优异的特性已成为主流器件，并将成为未来电力半导体器件研究的主流。对IGBT,MOSFET和IECT这些以,MOSFET作为控制级，且具有高的工作频率的器件，其研究的核心是提高电压和电流容量；静电感应类电力半导体SIT、SITH的研究将受到重视电力电子技术是电子学发展的新领域.近年来,国内外电力电子产品的开发和电力电子技术的应用有了很大的发展.本文就国内外电力电子技术发展现状、前景预测、产品市场及对策措施进行分析和比较,并提出国内(上海)电力电子技术和器件的发展目标与发展重点。

不间断电源（UPS）未来的发展趋势是什么

三相不间断电源的新进展 摘 要：对三相不间断电源系统的各模块电路拓扑、整机电路结构以及各种流行控制策略做了一个概括性评析，指出了不间断电源设计和应用中存在的问题及当前研究的新热点，最后对UPS的发展动向做出了预言关键词：三相不间断电源；逆变器并联；数字控制O 引言 在今后相当长的一段时间内，我国市电电网供电不足，电压波动大，干扰严重的局面仍将存在。而各行业、各领域的快速发展对供电质量提出了越来越高的要求，尤其是实时性很强的重要系统、重要部门和重要的用电设备对供电质量的要求和我国的电网实际状况的矛盾日益尖锐。因此，不间断电源(UPS)作为一种稳压稳频纯净化的绿色电源越来越成为人们关注的焦点。为了不断提高UPS的性能，科研人员对UPS系统做了大量的研究，提出了很多的电路拓扑与控制策略。1 UPS的电路拓扑 UPS的可靠运行离不开各模块的协调工作，下面就UPS主要功能模块电路拓扑进行简要分析。1．1 整流和功率因数校正电路 整流电路在应用中构成直流电源装置，是公共电网与电力电子装置的接口电路，其性能将影响公共电网的运行和用电质量。高性能的UPS要求有较高的输入功率因数，并尽量减少输入电流的谐波分量。传统单相UPS多采用模拟方法，三相UPS多采用相控式整流电路和电压型单管整流电路。1．1．1 传统三相相控式整流电路和电压型单管整流电路 相控式整流电路采用半控式功率器件作为开关，存在着以下问题： 1)网侧谐波电流的存在将降低设备网侧功率因数，增加无功功率； 2)相控整流换流方式，导致换流期中电网电压畸变，不仅使自身电路性能受到影响，而且对电网产生干扰，对同一接地点的网间其他设备带来不良影响； 3)相控整流环节是一个时滞环节，无法实现输出电压的快速调节。 电压型单管整流电路是三相不控整流桥加Boost电路的简称，它的缺点是：电流峰值大，不仅妨碍系统功率的提高，也增加了导通损耗和开关损耗；为了保持网侧功率因数的提高，Boost电路必须有一定的升压比，这对三相电路会导致直流输出电压过高。1．1．2 电流型三相桥式整流电路 电流型三相桥式整流电路如图1所示，其优点是反馈控制简单，不需要在控制电路中加入电流反馈，只须调节各开关管的占空比就可以实现输入电流正弦化；直流侧的电压较低。缺点是输入电流正弦度不是很好，在输入侧必须加入并联电容，实现移相。这种电路现在开始成为研究的热点之一。这种电路适用于大功率整流电路且对功率因数要求不高的场合。1．1．3 电压型三相桥式整流电路 电压型三相桥式整流电路如图2所示，其特点是采用高频PWM整流技术，器件处于高频开关状态，由于器件的开通和关断状态可以控制，所以整流器的电流波形是可控制的。这种电路的优点是可以得到与输入电压同相位的输入电流，也就是输入功率因数为1，输入电流的谐波含量可以接近为零；能量可以双向流动，正常时能量从交流侧向直流侧流动，直流输出电压高于给定值时，能量从直流侧向交流侧流动，具有较高的转换效率。缺点是属于Boost型整流电路，直流侧电压要求较高。这种电路也是近年来研究的一个热点。1．2 蓄电池组和充放电电路 蓄电池组是UPS的储能单元，市电正常时它吸收来自市电的能量并以化学能的形式储存起来，一旦市电中断，它把储存的化学能转换为电能向逆变器供电，维持负载供电的连续性。在中小功率的UPS系统中，电池组的电压通常比较低，因此，通常使用能量能够双向流动的充放电电路。大功率系统中为了提高效率，简化电路通常直接把电池组并接在直流母线上。1．3 逆变电路 逆变器是UPS的核心，它把直流电能转换成用户所需的稳压稳频的交流电能。下面仍以三相逆变器为对象分析近年来逆变器的研究热点。1．3．1 三相半桥式逆变电路 在三相逆变电路中以三相半桥桥式电路应用最为普遍，这种电路的特点是采用全控型器件组成逆变器，存在着功率密度高，性能好，小型轻量化等优点。这种电路便于使用新的控制策略以提高逆变器的质量。但是，要实现带100％的独立负载是比较困难的。1．3．2 H桥逆变器 对于超大容量的逆变器，由于功率等级的大幅度提高，对逆变器的结构提出了新的要求，H桥臂逆变器便是选择之一。这种逆变器输出变压器采用多绕组接法，输出变压器的原边采用3个独立的绕组，逆变器输出采用3个独立的H桥。这样控制方便，但是成本较高。1．3．3 三相四桥臂变换技术 由于三相电路中，三桥臂逆变器本身存在着固有的缺陷，人们开始寻求新的电路结构，于是出现了三相四桥臂逆变器，如图3所示。这种电路结构输出为三相四线制，三相电压可以独立控制，控制方法灵活，但是这种拓扑的算法比较复杂，PWM矢量在三维空间中旋转，必须采用数字控制方法才能实现空间PWM波形的生成，这种电路成为了近年来研究的热点之一。1.4 三相UPS整机电路1.4．1 传统三相UPS电路结构 传统的三相UPS结构，输入采用晶闸管整流，输出采用逆变器，电池直接挂接于直流母线，整流器同时作为充电器。输出采用变压器隔离，可以实现输入输出完全隔离，确保电网的扰动不会对负载造成干扰。市电断电时，电池通过逆变器输出稳定的交流电；在逆变器出现故障时，通过旁路输出电压，保证了供电的可靠性。这种结构的主要缺点是体积和重量都比较大。1．4．2高频链式三相UPS 为了降低成本，减小UPS的体积和重量，出现了高频链式三相UPS，如图4所示。这种电路省去了庞大的工频变压器，输入采用高频整流，可以获得较高的输入功率因数和较低的输入谐波电流。其缺点是输入输出没有变压器隔离，电网的扰动可能会给UPS的输出造成扰动；输出三相电压靠电池和电容中点形成中线，所以在控制中必须保持正负直流电压幅值的相等，否则输出中线会有较大的直流成分，对负载和负载中的变压器不利；输入采用三相四线制，中线有电流流过，可能会造成中线电位偏移，对负载造成干扰；输入输出不隔离，并联时的环流问题较难解决。1．4．3 新的在线互动式UPS 由于以上两种UPS都要经过两次满功率变换，因此系统的效率较低，从提高系统效率的角度出发，出现了一种串并联补偿式的大容量结构，是一种新的在线互动式结构，如图5所示。这种拓扑输入输出同样没有变压器隔离，所以会有高频链式UPS的缺点。这种UPS的输出频率必须保持与电网一致，而且对电网的扰动的抑制能力不强，因而供电质量比传统的三相UPS差。它的特点是从输入到输出间的能量不是经过满功率的变换，同样是由两个高频变换器组成，但是变换器1最大只承受20％的功率，从成本上讲，这种结构的成本更低。在控制方法上，变换器1是一个电压补偿器，用于补偿电网电压的畸变；变换器2是一个电流补偿器，用于补偿负载的谐波电流，并且在市电断电时作为满功率电压型逆变器向负载供电。1．4.4 输入输出隔离的高频链UPS 由于传统工频UPS的输入输出带有隔离变压器，输出有很好的隔离特性，高频链式的UPS有很好的输入特性，因此，出现了这种带有输入输出隔离的高频链式的UPS如图6所示。由于高频整流的缺点，在输入侧必须接一个自耦变压器降压，增加了整机的重量和成本；另外，由于输入采用了高频变换器，整机的效率比高频链式和传统式UPS的效率都低。但是，由于输入功率因数是1，没有谐波电流，所以所消耗的总电能低于传统三相UPS。1．4．5输入输出并联的UPS 这种电路中，输入端由多个整流器并联而成，给直流母线供电，同时直流母线给多个逆变器提供直流电压，多个逆变器的输出端直接连接同时给负载供电。这种方式可以增强UPS的容量，增加系统的可靠性，成本下降，可维护性增强，但是，并联模块越多，各模块间的均流问题越难解决。2 不间断电源的控制技术 随着控制理论和功能丰富，性能优良的各种微控制器的迅猛发展，出现了多种离散化控制方法。从控制反馈回路的数目可分为单环、双环、多环控制。在硬件允许的条件下尽可能地提高反馈回路数目，可以提高控制效果。从控制原理上看包括数字PID控制、状态反馈控制、无差拍控制、重复控制、滑模变结构控制、模糊控制、神经网路控制、空间矢量控制等方法。 数字PID控制控制的适应性好，具有较强的鲁棒性；算法简单明了，便于用单片机或DSP实现。但是存在两方面的局限性：一方面是系统的采样量化误差降低了算法的控制精度；另一方面，采样和计算延时使得被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成PID控制器稳定域减少，增加了设计难度。 预测控制可以实现很小的输出电流畸变，抗噪音能力强，但是，这种算法要求知道精确的负载模型和电路参数，因此鲁棒性差，而且由于数值计算造成的延时在实际应用中也是一个问题。滞环控制具有快速的响应速度，较高的稳定性，但是滞环控制的开关频率不固定，使电路工作可靠性下降，输出电压的频谱变差，对系统性能不利。 无差拍控制的基本思想是根据逆变器的状态方程和输出反馈信号推算出下一个开关周期的PWM脉冲宽度，因此，从理论上可以使输出电压在相位和幅值上都非常接近参考电压，由负载变化或非线性负载引起的输出电压误差可在一个开关周期内得到校正。但是，无差拍控制是一种基于被控制对象精确数学模型的控制方法，鲁棒性很差。 滑摸控制是一种非线性控制，这种控制的特点是控制的非连续性。这种控制既可以用于线性系统也可用于非线性系统。这种控制方法具有很强的鲁棒性。缺点是要得到一个令人满意的滑模面是很困难的。 重复控制是一种基于内模原理的控制方法。逆变器采用重复控制的目的是为了消除因整流桥负载引起的输出电压波形周期性的畸变。重复控制器可以消除周期性干扰产生的稳态误差，但是，由于重复控制延时一个工频周期的控制特点，使得单独使用重复控制的UPS逆变器动态特性极差。 模糊控制属于智能控制的范畴。模糊控制器的设计不需要被控对象的精确数学模型，因此具有很强的鲁棒性和自适应性。模糊控制类似于传统的PD控制，因而这种控制有很快的响应速度，但是其静态特性不令人满意。神经元网络控制是模拟人脑神经中枢系统智能活动的一种控制方式。神经网络具有非线性映射能力、并行计算能力和较强的鲁棒性等优点，已广泛地应用于控制领域，尤其是非线性系统领域。目前在神经网络结构的设计、学习算法等方面已取得了一定成果。但是，由于硬件系统的限制，目前神经网络控制还无法实现对逆变器输出电压波形进行在线控制，多数应用都是采用离线学习获得优化的控制规律，然后利用得到的规律实现在线控制。 谐波注入式PWM技术，直流母线电压的利用率基本上可以达到loo％。这种方法对于电压开环的控制系统非常有效，但在闭环控制系统中由于谐波注入的初始相位必须与基波保持一致，在电压瞬时值控制中电压基波的初始相位无法精确定位而难以应用。 空间矢量PWM具有电流畸变小、直流母线电压利用率高以及易于数字化实现等优点，因此近年来得到了较多的应用。这种控制方式也需要电路的精确模型。 上述各种控制方案都有其优势，但是也有其不足。同时采用不同的控制方法形成复合控制的控制方案在实践中得到了广泛的应用，取得了较好的效果。3 不间断电源设计和应用中存在的问题 美国UPS厂商APC．公司，总结并归纳了UPS供电系统当前面临的、也是今后必须解决的5个方面的问题: 1)生命成本周期问题； 2)不间断电源系统的可适应性及可扩展性问题； 3)提高不间断电源的可用性问题； 4)不间断电源对供电系统的可管理性问题； 5)可服务性问题。4 不间断电源的最新发展动向 不间断电源的发展动向是UPS的多机并联冗余化，采用冗余并机技术提高UPS的容量和可靠性；采用功能更丰富的硬件设备实现全数字控制，使各种先进的复杂控制算法得以运用而不断提高UPS的性能，即向数字化和高频化发展；UPS的进一步智能化和网络化，使计算机网络成为不间断网络。4．1 UPS的多机并联技术实现冗余化 UPS的并联技术可以带来以下几个方面的好处： 1)可以灵活地扩大电源系统的容量； 2)可以组成并联冗余系统以提高运行的可靠性： 3)极高的系统可维修性，当单台电源出现故障时，可以很方便地通过热插拔的方式进行更换和维修。 采用并联技术可以形成具有容错功能的冗余式供电系统，从目前掌握的资料来看，主要有以下几种冗余配置方案： 1)集中式并联控制； 2)主从式并联控制； 3)分散式并联控制； 4)环链式并联控制； 5)无线式并联控制。 这几种并联方式，从可靠性的角度看，集中式最差，无线式控制最好，也成为近年来的研究热点。4．2 UPS的数字化、高频化 最初的UPS采用模拟控制方法有很多局限性。随着数字处理器计算速度的不断提高，使得各种先进的数字控制方法得以实现，使UPS的设计具有很大的灵活性，设计周期缩短，性能大为提高。UPS高频化，有效地减小了装置的体积和重量，并可消除变压器和电感的音频噪音，同时改善了输出电压的动态响应能力。数字化控制方法成了当今交流电源领域的一个研究热点，一种必然的发展趋势是各种方法相互渗透，互相结合形成复合控制方案。数字化复合控制是UPS控制的一个发展方向。4．3 UPS的智能化、网络化 为了适应计算机网络的发展，UPS中已经开始配置RS232接口、RS485接口、USB接口、SNMP卡和MODEM结合，成为计算机网络的一部分，具有以下优异的智能化、网络化特性。 1)实时监控功能它对UPS各模拟参量和表示工作状态的开关量进行实时高速采样，实现数字式监控。 2)自诊断、自保护功能 UPS将实时采集来的各项模拟参量和工作状态数据以及系统中的关键硬件设备的数据与正常值进行分析比较，以判断UPS是否有故障隐患存在。如果有故障，根据相应的故障信息级别在控制面板的显示屏上以友好的图形界面、文字提示方式报警，或者在现场和控制室以指示灯灯光、报警器呜叫方式报警、也可以用自动拨通电话等方式报警，并做出相应的保护动作。 3)人机对话的控制方式 大型UPS可向用户提供监控器液晶显示屏，以图形和文字方式显示工作流程和参数信息。可以提供让用户操作的可视化菜单。并以帮助和不断提示的方式引导用户按照既定方式处理故障，有效防止误操作。 4)远程控制功能在网络化时代，UPS不仅应能向由它直接供电的硬件设备提供保护，还应该对整个网络中的运行程序和数据以及数据的传输途径进行全面地保护，使之成为不间断网络。这就意味着UPS应配置相应的电源监控软件、SNMP(简单网络管理协议)管理器，使其具有远程管理能力，用户可执行UPS与网络平台之间的远程监控和数据的网络通信操作，使UPS成为网络系统中的重要组成部分。这样，由网管员通过网管软件监控多台UPS，而且被管理的UPS可以在同一个LAN也可以在不同的LAN，甚至可以通过互联网，纳入网络管理系统来管理UPS。 由于未来网络的广泛化和全球化，必然带来网络的复杂化，多种形式的网络系统连接在一起。作为网络系统的一部分，要求UPS能够实现在各种网络平台上的监控，而且随着Internet、Intranet和电子商务的超高速发展，用户对网络的可用性要求会越来越高，使UPS从对网络关键设备的保护延伸至对整个网络路径的保护