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20世纪推动开关电源发展的主要技术


    20世纪90年代,用在电力电子变换的功率半导体器件有许多新的进展,如:
     1、功率半导体器件
   (1)功率MOSFET和IGBT已完全可代替功率晶体管(GTR)和中小电流的晶闸管,使实现开关电源高频化有了可能。超快恢复功率二极管和MOSFET同步整流技术的开发,也为研制高效低电压输出的开关电源创造了条件。
   (2)功率半导体器件的水平超过预测,电压、电流额定值分别达到:IGBT,3300V,1200A和2500V,1800A;Power MOSFET,500V,240A;GCT(Gate Commutated Turn-off Thyristor)4.5kv,4kA,可塑取代GTO;二极管,5000V,4000A。
   (3)功率半导体器件的晶片理想材料是碳化硅(sic),已做出25mm, 40mm晶片,并试制出一批sic器件样品,但是sic器件要达到实用化,还需要一定时间。
   (4)20世纪80年代,将功率器件与驱动、智能控制、保护、逻辑电路等集成封装,称为智能功率模块(IPM)或智能功率集成电路。IPM工作电压可高达15V;环境温度达十125℃。
    2、软开关技术
    PWM开关电源按硬开关模式工作,开关过程中,开关器件的电压和电流波形有交叠,因而开关损耗大。PWM开关电源高频化可以缩小体积重量,但频率越高,开关损耗越大。为此必须研究开关电压和电流波形不交叠的技术,即所谓零电压开关(ZVS)和零电流开关(ZCS)技术,或称软开关技术(相对于PWM硬开关技术而言)。
    3、控制技术
    由于开关变换器的强非线性,以及它具有离散和变结构的特点,负载性质的多样性,主电路的性能必须满足负载大范围变化,所有这些使开关变换器的控制问题和控制器的设计较为复杂。一些新的控制方法,如自适应、模糊控制、神经网络控制,以及各种调制策略在开关电源中的应用,已引起人们的注意。
 

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