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微弧氧化大功率脉冲电源的发展概况

发布时间:2021-03-16浏览次数:602

在开关模式功率电源中,往往采用磁性元件(如铁心电感、变压器等)、继电器、机械开关实现交直流侧滤波、能量存储和传输。这些磁性元件及机械开关在电源装置的体积、重量成本中占有很大比重。所以电源体积大、笨重、噪声大,而且开关器件工作频率很难提高。传统1WM变换器中的开关器件工作在硬开关状态,硬开关工作有四大缺陷,妨碍了开关件工作频率的提高。

1 开通和关断损耗大。在开通时,开关器件的电流上升和电压下降同时一进行;关断时,电压上升和电流下降同时进行。电压、电流波形的交叠致使器件的开通损耗和关断损耗随开关频率的提高而增加。

2、感性关断问题。电路中难免存在感性元件(引线电感、变压器漏感等寄生电感或实体电感,当开关器件关断时,由于通过元件的di/d 大,感应出很高的尖峰电压加在开关器件两端,易造成电压击穿。

3、容性开通问题。当开关器件在很高的电压下开通时,储藏在开关器件结电容中的能量将全部耗散在该开关器件内,引起开关器件过热损坏。

4、二极管反向恢复问题。二极管山导通变为截止时存在着反向恢复期,在此期间内,二极管仍处于导通状态,若立即开通与其串联的开关器件,容易造成直流电源瞬间短路,产生很大的冲击电流,轻则引起该开关器件和二极管功耗急剧增加,重则致其损坏。上诉问题阻碍了开关电源的发展。

随着软开关技术和电力电子技术的进展,克服以上缺陷的有效办法就是采用软开关技术。最理想的软开通过程是电压先下降到零后,电流再缓慢上升到通态值,所以开通损耗近似为零。另外,因器件开通前电压已下降到零,器件集电容上的电压亦为零,故解决了容性开通问题,这意味着二极管己经截止,其反向恢复过程结束,因此二极管反向恢复问题亦不复存在。最理想的软关断过程是电流先下降到零,电压再缓慢上升到断态值,所以关断损耗近似为零。由于器件关断前电流已下降到零,即线路电感中电流亦为零,所以感性关断问题得以解决。由此可见,软开关技术可以解决硬开关PWM变换器开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题、二极管反向。电力电子技术和软开关技术促进了大功率电源的发展,但是大功率电源技术性能还有待进一步研究。

1958年,美国通用电气公司研制了第一个工业用的普通晶闸管,大大的扩展了半导体器件功率控制的范围,从而使电能的变换和控制从旋转的变流机组、静止的离子变流器进入到以电力半导体器件构成的变流时代,它标志着电力电子时代的到来。晶闸管属于半控型的器件,不能自关断,它属于第一代电力电子器件。由于电力电子器件具有体积小、功耗低、响应速度快等特点,所以自它诞生以来就获得了快速的发展。出现了小功率的可关断晶闸管(GTO)属于全控型器件,它和电力晶体管(GTR)、电子场晶体管(MOSFET )等,被称为第二代电力电子器件。20世纪80年代后期,出现了以绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)为代表的复合型器件,它是用MOSFET驱动双极型晶体管,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通阻抗与一身,被认为是最有前途的第三代电力电子器件。同时数字控制技术也取得迅速发展,电力技术与控制技术的结合促进了电源的发展,相对于数字控制,模拟控制有以下缺点:

1、模拟控制电路的元器件较多,电源体积较大。

2、灵活性不够,一旦电路设计完成,控制策略就无法更改。

3、最主要的是,电源不便于调试,参数不一致,由于所使用的器件各自的特性差异、参数不一致,致使各电源之间存在较大的特性差异,电源的一致性不好。比较之下采用微控制器、DSP处理器的电源,控制方便灵活。可以很方便利用改写系统软件而改变控制策略。同时电源精度高,大量的减少了控制器件,使电源体积大幅度减小。数字电路的稳定性好,所以这样也就增加了电源的稳定性和一致性。


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