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发表人：ylip |
发表时间：2009/2/16 13:47:00 |
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 发表新论题
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1、What is Power Supply?
“电源”（Power Supplies）:进行“功率处理”的设备。
将市电(50Hz正弦波,10kV220/380V三相交流，性能不很稳定、有间断、有危险和干扰)变换到通信电路所需的（多种直流或交流）、性能稳定可靠安全的能源的全套设备统称为“通信电源”。
通信电源包括:
AC/DC一次电源(AC输入,输出48V或24VDC,也称为开关整流器)
DC/DC二次模块电源
交流不间断电源UPS(AC－DC,DC－AC)
核心:功率变换，即以功率电子器件作为开关,采取一定的电路拓扑形式,通过稳定的控制,实现能量的转换.
变换器种类：ＡＣ／ＤＣ整流；ＤＣ／ＡＣ逆变；ＤＣ／ＤＣ直流变换；ＡＣ－AＣ（交流不间断电源，变频器）
通信设备对通信电源的要求:
直流供电和(或)交流供电:通常大型通信设备和大型计算机等专用设备用直流供电(取其可靠性高);小型通用型设备用交流供电(取其机动性好）.
不间断供电:1.通信系统直流不间断供电的重要性：极短暂的断电也可能会造成社会混乱和损失2.计算机系统供电不间断的重要性:电源的瞬间断电会对计算机系统造成信息丢失程序出错机器损坏等严重损失.
通信设备对通信电源的要求（续１）
电压准确、稳定
高效：节能，减小设备的发热、体积与重量，软开关等电路技术的发展等都是为了提高电源的效率
噪声小，电磁干扰小，对通信的干扰小
少污染：功率因数高，输入谐波电流小，不影响电网质量（绿色电源）
通信设备对通信电源的要求（续２）
自动保护:一旦出现不正常现象，如输入输出电压或电流过大、温升过高等应立即采取切断电源等保护措施，并要保证系统正常供电。
防雷电、防过电压：市电电网是暴露在室外的公用系统，会受到雷击、过载、轻载、短路和操作等电压骤变，这些偶发因素是设备意外损坏的重要因素，电源系统和设备要经受这些冲击，并保证通信设备的安全。
通信设备对通信电源的要求（续３）
自动监测和集中控制：可提高系统的可靠性节省人力，已实验一些通信局站和区域的集中监控，正在向城市集中监控和全国集中监控的的方向努力
故障率低寿命长
总之，通信设备对电源系统的一般要求是可靠、稳定、小型、高效，可以说通信系统中使用的开关电源代表了开关电源整体行业的水平，也代表了开关电源的最新技术。
What is Power Electronics
功率电子学（Power Electronics）研究在一定的信息控制下应用电力半导体器件实现功率变换的学科。它是一门建立在电子学、电力学、控制学基础上的边缘交叉学科，主要包括功率电子器件、功率变换装置（拓扑）和自动控制三大技术
功率变换（Power Conversion）以器件（Devices）为核心，应用现代控制理论、计算机控制技术，实现功率电路或系统中电压、电流、波形、频率、相位等变换。总之，功率电子技术是利用功率半导体器件对电能进行变换、控制和开关的技术。其基本技术已广泛应用于电子、电力、机械、冶金、矿业、运输等许多部门。
Power Electronic Systems
Block diagram
Role of Power Electronics
Reasons for growth
The Heart is Power Converter
Linear Power Supply
Series transistor as an adjustable resistor, 线性工作,功耗大
Low Efficiency, 45% or so
Heavy and bulky,(含工频变压器,不能微小型化
高频开关电源（整流器）的组成-主电路
1．输入滤波器：滤除电网杂波，同时也阻碍本机产生的杂音反馈到公共电网。
2．整流与滤波：将交流电源整流为较平滑的直流电。
3．DC-DC变换：将整流后的直流电变为负载所需的直流电。
4．输出直流与滤波：是根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。
高频开关电源的组成-控制电路
从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制DC-DC变换器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定；
根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，对整机进行各种保护措施。
高频开关电源的组成-检测电路、辅助电源
检测电路：除了给保护电路提供正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据给值班人员观察、记录
辅助电源：给控制电路及保护电路提供所需直流电源。
高频开关电源的优点
损耗小，效率高, 一般在70%~85%以上，有的可大于 90％。
无工频变压器，重量轻，体积小。
稳压范围宽（输入范围可为：130~265V）
多路输出；多极性输出；低压大电流或高压小电流稳压电源。
输出电压维持时间长，交流断电后几十ms内仍有直流输出
Evolutions of PE
大功率晶体管及晶闸管（可控硅）的出现，提供了较理想的开关器件；
计算机的普及及应用、通讯、军事、航天、家电、电力等产业的迅速发展对电源的发展产生了良好的刺激作用。DC-DC开关电源由低功率向中高功率方向发展是总的趋势。现代微处理器和一些超高速的超大规模集成电路芯片对低压大电流DC-DC提出了新的挑战。
对节能、节材及环境保护的重视，给功率电子技术的发展提出了更高的要求和更广阔的市场。
高频化、高可靠性、高效率、高功率密度. 如各类高频开关变换器（谐振变换器）及软开关技术，EMI（Electromagnetic Interference,电磁干扰）与电网污染问题，EMC（Electromagnetic Compatibility,电磁兼容）及PFC（Power Factor Correction,功率因数校正）等技术。
Main Topics of Research
器件，包括电力半导体器件的设计、测试、模型分析、工艺及仿真等。
电路，包括各种变换器的拓扑分析与综合，建模、仿真及控制，及开关电源系统的非线性分析与设计方法等。
应用。其中作为功率电子装置的主要组成部分的功率变换器（Power converters）按其形式可分AC-DC（整流）、AC-AC（变频）、DC-AC（逆变）、 DC-DC（斩波）。
2. 20世纪推动通信电源发展的主要技术
功率半导体器件
电路拓扑:软开关技术成为发展的必然
控制技术
其它相关技术:APFC,EMC,计算机监控技术,分布式供电技术
2.1功率半导体器件
60年代，以晶闸管构成的相控型开关电源，缺点:工作频率低，变压器和滤波器元件的体积和重量都很大，无论从供电方式或是从电源设备的技术性能指标方面看，都难以满足日新月异的电信网的技术要求。
60年代末，高反压的晶体管出现，诞生了无工频降压变压器的开关稳压电源。省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减小。开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。
2.1功率半导体器件(续)
70年代以后，与这种技术有关的高频、高反压的功率晶体管，高频电容，开关二极管，开关变压器铁芯等元器件也不断地被研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展。20kHz开关电源从70年代后在国外开始出现，到现在开关电源已在计算机、通信、家用电器等领域得到广泛应用。
80年代以后, 大功率场效应管及绝缘栅晶体管的出现为高频和大功率变换器的发展提供了有利的条件。到20世纪90年代，功率半导体器件有了许多新的进展，如功率MOSFET和IGBT已完全可代替功率晶体管和中小电流的晶闸管，使开关电源工作频率可达到400kHz(AC-DC开关变换器)和1MHZ(DC-DC)开关变换器，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(≤3V)的开关电源创造了条件。
2.2 电路拓扑:软开关技术成为发展的必然
PWM开关损耗大,开关频率难以提高，电磁干扰（EMI）问题也日益突出。软开关电路使电路的工作频率大大提高,有效防止电磁干扰。
1987年Wisconsin大学首先引入谐振电路（LC支路）用于全桥DC/DC变换器，利用谐振的原理，使各开关实现零电压导通从而将开关频率提高到MHz级。
1988年Fisher等提出ＺＶＳ－ＰＷＭ，并正式称为软开关技术。
恒频软开关技术已成为软开关技术的主流。
2.2 电路拓扑:软开关技术成为发展的必然(续)
通信开关电源先后经历了PWM硬开关变换器，谐振变换器、零电压准谐振变换器和移相全桥零电压PWM软开关变换器。90年代中期，30/48V开关变换器采用移相全桥ZVS-PWM技术后，重7kg，比用PWM技术的同类产品，重量下降40%。软开关技术的开发和应用提高了开关的效率，最近有报导称，国外小功率DC-DC开关变换器48/12V模块的效率达到96%；48/5V模块的效率达到92-03%。20世纪末，国内生产的通信用50-100A输出、全桥移相ZVZCS-PWM开关电源模块的效率超过93%，因此，可以说，随着通信技术的高速发展，采取移相软开关技术的高频开关型电源是通信电源发展的必然趋势。
2.3控制技术
开关电源是一个离散的强非线性系统，其控制技术和控制器的设计变得较为复杂。
20世纪80年代以来，除传统PWM控制方式占主导地位外，各种非线性控制如自适应控制、模糊控制、神经网络控制、滑模变结构控制等也引起了人们的注意[2]
电流模控制技术目前已在国外通信电源中得到了广泛的应用.
电荷控制，一周期控制，DSP数字化控制技术的开发及相应专用集成控制芯片的研制，使开关电源动态性能有很大的提高，电路也大为简化[2]。
2.4 其它相关技术
APFC技术:单相AC/DC的输入电流发生畸变而产生谐波分量，对交流电网造成严重的“污染”，APFC治理电网污染，提高电源效率。
EMC已成为通信电源的强制性指标：开关电源在高频化和大容量化的过程中产生中严重的电磁干扰（EMI），应用频率抖动技术降低EMI在集成开关电源芯片中有了广泛应用并取得了好的效果；
其它相关技术（续1）
近年来提出的基于PWM的随机开关调制技术，通过改变开关电源中信号的频谱分布以降低开关电源EMI取得了较大进展；
混沌调制技术：利用混沌信号代替随机信号，使开关电源工作于混沌调制模式来实现降低EMI水平也有文献报道，是目前开关电源领域的研究热点之一。
其它相关技术（续2）
通信电源计算机监控技术:对分布的电源及其他一些设备进行遥控、遥测、遥信，实时监视设备运行状态，提高供电系统的可靠性。
分布式供电技术:容易实现N+1冗余，提高了系统可靠性；易于扩增负载容量；散热好；瞬态响应好；减少电解电容器数量；易于使用插件连接；可在线更换失效模块等。
3.新世纪通信电源的几个主要研究热点
通信电源的高可靠性、高频化、高效率、小型化、智能化、模块化一直是其发展所追求的目标，也是其今后发展的方向。与之相关的技术,如器件、材料、电路技术、散热设计、制造工艺等，都将是通信电源研发所关注的热点。
进入21世纪，人们对环保日益重视，有专家提出了“绿色电源”的概念，这意味着软开关技术、APFC技术、EMC（EMI）技术仍是本世纪通信电源的研究热点。
3.新世纪通信电源的几个主要研究热点(续)
同步整流技术正在取代传统的肖特基二极管成为高效DC/DC电源模块的首选方案。在的低电压下(3.3V,1.0V)，使用肖特基二极管和同步整流器的电源模块效率相差可达20%之多。
集中监控，分布式供电：针对IC器件的低电压化趋势和设备本身的联网需求，分布式供电系统逐渐成为主流，其成本虽然高出集中式电源大约40%，但是其可用性更佳，不仅体积较小，而且易于维护及扩展。
3.新世纪通信电源的几个主要研究热点(续)
开关电源系统的分析与设计方法：非线性特性及混沌机理，
ＳＰＩＣＥ 仿真，国外已开发出设计DC/DC开关变换器的专家系统和仿真软件MATSPICE
计算机符号分析__功率电子系统的强非线性通用符号分析法
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