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直流電源技術(shù)原理以及發(fā)展進(jìn)展

發(fā)布時間： 2016-11-18 13:59:06 關(guān)注量：1960

直流電源是相對線性電源說的，它是利用現(xiàn)代化電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。直流電源是輸入端直接將交流電整流變成直流電，在高頻震蕩電路的作用下，用開關(guān)管控制電流的通斷，形成高頻脈沖電流。在電感（高頻變壓器）的幫助下，輸出穩(wěn)定的低壓直流電。
直流電源中的調(diào)整管工作在截止區(qū)和飽和區(qū)。由于變壓器的磁芯大小與他的工作頻率的平方成反比，頻率越高鐵心越小。這樣就可以大大減小變壓器，使電源減輕重量和體積。而且由于它直接控制直流，使這種電源的效率比線性電源高很多。這樣就節(jié)省了能源，因此它很受到人們的青睞。
但是直流電源也有它的缺點，就是電路復(fù)雜，維修困難，對電路的污染嚴(yán)重。電源噪聲大，不適合用于某些低噪聲電路。
一、直流電源的工作原理
直流電源是利用通過電路控制開關(guān)管進(jìn)行高速的道通與截止。將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓。轉(zhuǎn)化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50HZ高很多。所以開關(guān)變壓器可以做的很小，而且工作時不是很熱。成本很低。如果不將50HZ變?yōu)楦哳l那直流電源就沒有意義。開關(guān)變壓器就是一個普通的變壓器。
簡單地說，直流電源的工作原理是：
1.交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流；
2.通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關(guān)管，將那個直流加到開關(guān)變壓器初級上；
3.開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負(fù)載；
4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制PWM占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。
交流電源輸入時一般要經(jīng)過厄流圈一類的東西，過濾掉電網(wǎng)上的干擾，同時也過濾掉電源對電網(wǎng)的干擾；在功率相同時，開關(guān)頻率越高，開關(guān)變壓器的體積就越小，但對開關(guān)管的要求就越高；開關(guān)變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭，以得到需要的輸出；一般還應(yīng)該增加一些保護(hù)電路，比如空載、短路等保護(hù)，否則可能會燒毀直流電源。
以上說的就是直流電源的大致工作原理。其實現(xiàn)在已經(jīng)有了集成度非常高的專用芯片，可以使外圍電路非常簡單，甚至做到免調(diào)試。
二、直流電源的分類
人們經(jīng)常關(guān)注的直流電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動著直流電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。
直流電源大體可以分為隔離和非隔離兩種，隔離型的必定有開關(guān)變壓器，而非隔離的未必一定有。它可分為ac/dc和dc/dc兩大類，dc/dc變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化，且設(shè)計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可，但ac/dc的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。
ac/dc變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”，功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。ac /dc變換器輸入為50/60hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如ul、ccee等）及emc指令的限制（如iec、fcc、csa），交流輸入側(cè)必須加emc濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制ac/dc電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得解決emc電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作消耗增大，限制了ac/dc變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。
ac/dc變換按電路的接線方式可分為：半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為：一象限、二象限、三象限、四象限。
三、直流電源技術(shù)的發(fā)展方向
直流電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于直流電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大直流電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（MnZn)材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關(guān)鍵技術(shù)。
高頻化使直流電源小型化，并使直流電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外直流電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。
SMT技術(shù)的應(yīng)用使得直流電源取得了長足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保直流電源的輕、小、薄。直流電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，實現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關(guān)技術(shù)已成為直流電源的主流技術(shù)，并大幅提高了直流電源的工作效率。
模塊化是直流電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計成N＋1冗余電源系統(tǒng)，并實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。針對直流電源運行噪聲大這一缺點，若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，以使得該項技術(shù)得以實用化。
電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使直流電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國直流電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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客戶感言

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北京合康億盛變頻科技股份有限公司

經(jīng)人介紹認(rèn)識了艾德杰，試著從他們那里買了一套產(chǎn)品，性能穩(wěn)定，故障幾乎沒有，即便有點小問題，他們也會過來處理，后來就一直和他們進(jìn)行友好合作。
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武漢中元華電科技股份有限公司

在我們決定與艾德杰電源合作后，他們派出技術(shù)骨干和我們的技術(shù)部門溝通，充分了解了我司的使用需求后立即準(zhǔn)備方案，待我們確認(rèn)方案后，艾德杰的工作人員馬上將此提上日程，在距預(yù)約交貨期還有5天的時候，就已將我司定制的電源送上門，安裝調(diào)試，產(chǎn)品使用至今，一切良好，非常感謝艾德杰的鼎力支持，不辭勞苦的幫我們設(shè)計開發(fā)新產(chǎn)品，技術(shù)可靠，服務(wù)周到。
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中國中船重工集團(tuán)707所

我們公司的工程師只擅長一部分工作，另一部分與電源有關(guān)的工作不是很擅長，公司有個新項目需要他人來合伙開發(fā)，生產(chǎn)，一時半會兒找不到合作伙伴。網(wǎng)上找到了艾德杰，經(jīng)過實地考察，我們決定和艾德杰試著合作一次，整個合作過程，我們多次溝通，商量，他們的工程師技術(shù)好，經(jīng)驗豐富，我們和他們一起探討，彼此的知識面都擴(kuò)大了，合作過程中設(shè)計到多次修改，他們的工程師半句怨言都沒有，合作的過程非常滿意，產(chǎn)品準(zhǔn)時交給我們使用，...
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北京鐵道機(jī)車研究所

一次偶然的機(jī)會艾德杰的銷售人員聯(lián)系到我們，我們抱著試試看的心情從他那里訂購了一臺電源，性能很好，從那之后我們就建立了長期的合作關(guān)系，偶爾有一點點的小故障，他們的工作人員都會很快的過來幫忙處理。服務(wù)熱情周到，他們才是我們的好兄弟，好幫手。
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李明仕

湖北武漢人 1970年7月出生碩士學(xué)歷。從事電源設(shè)計研發(fā)工作30年，先后擔(dān)任多家電源公司的技術(shù)總監(jiān) 技術(shù)成果 1． 1996年獲武漢市科學(xué)技術(shù)研究成果證書武科成證字(96)第014號登記號WK9601003 成果名稱:DTK系列開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源 2． 1996年武漢高創(chuàng)電子有限公司的電源項目獲得電源行業(yè)的第一個國家火炬計劃 3． 2000年武漢玉星電子有限責(zé)任公司<<電壓過零檢控軟開關(guān)電源>>項目獲科技部中小型企業(yè)創(chuàng)新基金無償資助,項目代號20004214054563 4.　電源方面各項專利近20項，其中發(fā)明專利2項。 5. 國內(nèi)電源期刊上發(fā)表多篇論文。

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沈錦飛

1955年出生，現(xiàn)任江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院教授、碩士生導(dǎo)師。主要從事電力電子電路、裝置與電能質(zhì)量控制的研究和教學(xué)工作，發(fā)表學(xué)術(shù)論文30多篇，其中EI檢索5篇，獲得教育部科技進(jìn)步獎、江蘇省教學(xué)成果獎、無錫市科技進(jìn)步獎，多項發(fā)明專利，主編本科教材；被評為無錫市優(yōu)秀教師、市級先進(jìn)個人。是中國自動化學(xué)會會員、江蘇省電工協(xié)會自動控制系統(tǒng)專委會委員、無錫市自動化學(xué)會理事、無錫市電機(jī)工程學(xué)會理事。

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顏文旭

1971 年出生，現(xiàn)任江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師?，F(xiàn)主要從事電力電子技術(shù)及智能控制、機(jī)電一體化及過程控制等領(lǐng)域的研究和開發(fā)工作，發(fā)表學(xué)術(shù)論文30篇（其中EI收錄6篇），獲專利12項，參加編制十二五國家級規(guī)劃教材，國家自然科學(xué)基金項目，省青年科學(xué)基金項目，市級重點實驗室建設(shè)，主持方塊地毯自動包裝生產(chǎn)線開發(fā)、2.0MW風(fēng)力發(fā)電變流器、10kV高壓固態(tài)軟起動器、船舶壓載水物理強化處理核心技術(shù)...

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