安防之家讯：1 前言
21世纪知识经济的崛起，源自信息技术及产业迅猛发展为标志的科技革命。知识经济的发展，又给这场科技革命注入强大的活力。知识经济对工业发达国家而言，是生产力发展的自然结果，对处于工业化进程中的发展中国家来说，则是机遇与挑战并存。信息产业革命是知识经济的基础，电源技术是信息产业的火车头，具有高附加值的高科技产品是新世纪知识经济的核心。电源是任何一种电子设备不可缺少的组成部分，电源质量的好坏将直接影响到信息系统的可靠性和先进性。根据中国电源协会的统计，中国电源市场的规模每年约为300亿元人民币，其中电子电源整机和化学物理电源各占50%。预计2002年至2005年，我国通信电源市场将以20%左右的速度增长。通信和网络电源是最能体现现代电源技术和应用的领域之一。现代通信电源的发展与应用可概括为绿色化、高频带化和模块化。 2、绿色化产品必将得到广泛应用
绿色化来源于“没有污染”的意思，未受污染的食品被称为绿色食品，未被污染的环境是绿色环境。对环境有保护作用的产品称为绿色产品，物理电源就是一大类绿色化产品，它是将太阳能或光能、热能直接转换成电能的装置。太阳能电池又称光电池、光生伏打电池，它已广泛用于人造卫星、宇宙飞船和星际空间站作主要电源。地面上可用于无人灯塔、无人气象站、微波通信中继站、广播电视差转台、船标灯、地震观察站等作电源。还可以作光电元件，大量应用于自动化系统中。温差发电器是利用温差电效应将热能直接转换成电能的一种装置。现在使用的温差发电器采用的材料有碲化铅、碲化铋、碲化锗、锗——硅等。温差发电器具有无噪声、维护简单、可以长期地工作等优点。
绿色电器产品则有两层含义: 首先是显著的节省电能，这意味着发电容量的节约，而发电是近期造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境污染; 仅此还不够，电器电源还应该满足不对（或者少对）用电网络产生污染。国际电工委员会（IEC）对此就制订了一系列标准，例如IEC555、IEC917、IEC1000等国际标准。事实上，许多功率电子电器设备，往往会变成对电网的污染源: 向电网注入严重的高次谐波电流，使总功率因数（包括基波位移无功，特别是谐波的畸变无功）的下降，使电网电压耦合许多毛刺尖峰，甚至出现缺角和畸变。20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，有了多种修正功率因数的方法，这些为新世纪大批量生产各样绿色开关电源产品奠定了基础。现在，我们应该提倡绿色产品、开辟绿色通道、培育绿色市场！
21世纪的节电和环境保护，将使多种智能开关技术广泛应用，电源供电结构由集中式向分布式发展。目前已将分布式开关电源系统的研究内容扩充，包括电源串并联技术、电源级联技术、电源分裂技术、负载分裂技术和电源的叠装技术等。开关电源功率因数校正器由直流开关功率变换器和具体控制电路构成。它与传统开关电源的区别是: 不仅反馈输出电压，还反馈输入平均电流; 电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号的乘积。分布式开关电源利用最新理论和技术成果，组成积木式、智能化的大功率供电电源。它使强电与弱电紧密结合，这样做可极大地减轻对大功率元器件、大功率装置（集中式）的研制压力，从而极大地提高生产效率。分布供电方式具有节能、可靠、经济、高效和维护方便等优点。该方式不仅被现代通信设备采用，而且已为计算机、航空航天、工业控制系统等采纳，还是超高速型集成电路的低电压电源的最理想的供电方式。在大功率场合，比如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3、高频化产品体现了技术含量的价值
从理论分析和实践经验表明，电气产品体积重量随其供电频率的平方根成反比地减小。所以，当我们把频率从工频50Hz提高到20KHz，用电设备的体积重量大体上降至原来工频设计的5~10%。这正是开关电源新技术得以实现功率变频而带来的明显效益。逆变或整流焊机也好，通信电源用的开关式整流器也好，都是基于这一个原理。那么，依照同样原理对传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、电力合闸、充电、浮充电等各种直流电源整机加以类似的改造，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，促使许多原来的传统采用高频设备固态化，带来显著节能、节水、节约材料的经济效益，更加体现技术含量的价值。
当今世界，通信业的迅猛发展极大地推动了通信电源的发展。小型的高频开关电源及其技术成为现代通信供电系统的主流。目前程控交换机用一次电源绝大部分已由高频开关电源取代，而其二次直流供电电源为高功率密度开关电源模块。因通信容量的不断增加，也要求通信电源容量增加。在通信领域中，通常将整流器称为一次电源，而将直流——直流变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值48V直流的电源。开关型整流器（也称为高频开关电源）通过使用功率场效应管，绝缘栅双极晶体管功率开关的高频工作，开关频率一般控制在20~50KHz范围内，实现高效率和小型化，已替代可控硅相控电源，也将调频脉宽调剂（PWM）高频开关电源用于通信领域。
近年，通信电源功率容量不断扩大，单机容量已从12.5A、20A扩大到200A、400A。由于通信设备中所使用集成电路的种类繁多，其电源电压也各不相同，在通信供电系统中采用了从中间母线电压（一般为48V直流）变换成所需要直流电压的直流——直流（DC/DC）变换器模块，通常都直接装在标准控制板上，对其的要求就是高功率密度。这样可以极大地减少损耗、维护十分方便，而且安装与增加功率容量都非常方便。现在，通信电源已由传统集中供电制向分布供电制发展。采用分布式供电制后，单模块电源的容量一般较小，因而可以实现高频化。将一个固定的直流电压变换成可变的直流电压，这种技术还被广泛地应用于无轨电车、地铁列车、蓄电池供电的机动车辆以及电动汽车的控制，使其控制能获得加速平稳，快速响应的优良性，并同时起到节约电能的效果。通常用直流斩波器代替变阻器调速可节约电能20~30%。直流斩波器不仅能起调压的作用（开关电源），同时还能起到有效地抑制网侧谐波电流噪声的作用。
通信用开关电源的发展趋势是大功率化和高功率密度化。两者都从电路结构、控制原理上对功率变换器提出了更高、更新的要求。通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化，模块产品采用PWM高频技术，开关频率在500KHz左右，随着大规模集成电路技术的发展，提出对电源模块的小型化，因此就要不断提高开关频率，由此推动谐振技术迅速发展。目前有一些公司研制和生产零电流开关和零电压开关准谐振变换器二次电源模块，功率密度有较大幅度的提高。移相全桥零电压开关用于通信开关电源中，具有特定的好处: 因为零电压开关全桥变换器可以输出很大功率，在同样的需求功率下，可减小并联模块的数量: 采用软开关能提高逆变器的工作频率，从而减小变压器、电感和电容体积，使开关电源体积更小、重量更轻; 软开关解决了硬开关效率因升频而降低的问题，能够提高转换效率; 软开关中电压和电流变化率极大地降低，使大功率元器件的工作更安全，还极大地减小电磁干扰和射频干扰，简化杂音缓冲、吸收电路。以后会不断地提高开关频率，将由目前的200~500KHz进一步向MHz级发展。
4、模块化是开关电源的重要发展方向
模块化有两个方面的含义，其一是指功率器件的模块化，其二是指通信电源单元模块化。我们常见的器件模块，包含一单元、两单元、六单元直至七单元以上，包括开关器件和与之反并联的续流二极管，实质上都属于标准功率模块。近来，有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去，构成新型智能化功率模块，这样缩小整机体积，方便了整机设计和制造。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，对器件造成更大的电应力（表现为过电压、过电流毛刺）。为了提高系统的可靠性，整机厂家与元器件厂家合作开发“用户专用”功率模块。这样的模块把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中，使大量元器件之间不再有传统的引线相连，它经过严格、合理的热、电、机械方面的设计，达到了优化完美的境地。它类似于微电子领域的用户专用集成电路，只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片，再把整个模块固定在相应的型材散热器上，就构成一台新颖的开关电源装置。由此可见，模块化的目的不仅仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统电路连线，把寄生参数降到最小，从而把电源元器件和功率器件承受的电应力降至最低，提高系统设备的可靠性。
大功率的开关电源，由于器件容量的限制和从提高可靠性方面考虑，可采用多个独立的模块单元并联工作。由于采用该并联均流技术，使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。这样工作不但提高了功率容量，在有限的器件容量的情况下满足大电流输出的要求，而且通过增加整个系统的功率电源模块，极大地提高系统可靠性，即使万一出现单块故障，也不会影响系统的正常工作，而且还为修复提供了充分的时间。MAX5021 IC就是一种高频率、电流模式PWM控制器，非常适合用于宽输入范围的隔离式电信电源。它可以用来设计小型、高效的功率转换电路模块。固定的262KHz开关频率使开关损耗控制在适当范围内，同时又适度地减小了功率元件的尺寸，其内部含有大回差的欠压锁定电路，具有极低的启动电流。逐周期电流限制（利用内部的高速比较器实现）降低了对MOSFET（金属——氧化物——半导体场效应管）和变压器的超额设计要求。其它特性还包括最大占空比限制和高峰值输出与吸收电流驱动能力。
开关电源技术是新型功率元器件和新型电路拓扑的不断出现，在实际需要的推动下快速发展起来的。采用不同的元器件，可以设计出不同性质的开关电源。目前，发展比较快的功率电子器件有功率MOSFET等。特别是为了适应当前系统集成的潮流，智能化功率模块发展非常快。现代通信电源模块将触发电路、保护电路和故障诊断电路以及通信电路都集成在一个模块之中，更加使装置体积小、重量轻及功能强。模块除了应用在电信电源和数据通信领域之外，还被广泛应用在计算机、办公自动化、工业、仪器、军事和航天等领域。
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