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直流电源技术原理以及发展进展

发布时间： 2016-11-18 13:59:06 关注量：1818

直流电源是相对线性电源说的，它是利用现代化电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。直流电源是输入端直接将交流电整流变成直流电，在高频震荡电路的作用下，用开关管控制电流的通断，形成高频脉冲电流。在电感（高频变压器）的帮助下，输出稳定的低压直流电。
直流电源中的调整管工作在截止区和饱和区。由于变压器的磁芯大小与他的工作频率的平方成反比，频率越高铁心越小。这样就可以大大减小变压器，使电源减轻重量和体积。而且由于它直接控制直流，使这种电源的效率比线性电源高很多。这样就节省了能源，因此它很受到人们的青睐。
但是直流电源也有它的缺点，就是电路复杂，维修困难，对电路的污染严重。电源噪声大，不适合用于某些低噪声电路。
一、直流电源的工作原理
直流电源是利用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止。将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压。转化为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50HZ高很多。所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热。成本很低。如果不将50HZ变为高频那直流电源就没有意义。开关变压器就是一个普通的变压器。
简单地说，直流电源的工作原理是：
1.交流电源输入经整流滤波成直流；
2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管，将那个直流加到开关变压器初级上；
3.开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载；
4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制PWM占空比，以达到稳定输出的目的。
交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西，过滤掉电网上的干扰，同时也过滤掉电源对电网的干扰；在功率相同时，开关频率越高，开关变压器的体积就越小，但对开关管的要求就越高；开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头，以得到需要的输出；一般还应该增加一些保护电路，比如空载、短路等保护，否则可能会烧毁直流电源。
以上说的就是直流电源的大致工作原理。其实现在已经有了集成度非常高的专用芯片，可以使外围电路非常简单，甚至做到免调试。
二、直流电源的分类
人们经常关注的直流电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着直流电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。
直流电源大体可以分为隔离和非隔离两种，隔离型的必定有开关变压器，而非隔离的未必一定有。它可分为ac/dc和dc/dc两大类，dc/dc变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但ac/dc的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。
ac/dc变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。ac /dc变换器输入为50/60hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准（如ul、ccee等）及emc指令的限制（如iec、fcc、csa），交流输入侧必须加emc滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制ac/dc电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决emc电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大，限制了ac/dc变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。
ac/dc变换按电路的接线方式可分为：半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单项、三相、多相。按电路工作象限又可分为：一象限、二象限、三象限、四象限。
三、直流电源技术的发展方向
直流电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于直流电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大直流电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（MnZn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。
高频化使直流电源小型化，并使直流电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外直流电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
SMT技术的应用使得直流电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保直流电源的轻、小、薄。直流电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为直流电源的主流技术，并大幅提高了直流电源的工作效率。
模块化是直流电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N＋1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对直流电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。
电力电子技术的不断创新，使直流电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国直流电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。

客户感言

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北京合康亿盛变频科技股份有限公司

经人介绍认识了艾德杰，试着从他们那里买了一套产品，性能稳定，故障几乎没有，即便有点小问题，他们也会过来处理，后来就一直和他们进行友好合作。
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武汉中元华电科技股份有限公司

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中国中船重工集团707所

我们公司的工程师只擅长一部分工作，另一部分与电源有关的工作不是很擅长，公司有个新项目需要他人来合伙开发，生产，一时半会儿找不到合作伙伴。网上找到了艾德杰，经过实地考察，我们决定和艾德杰试着合作一次，整个合作过程，我们多次沟通，商量，他们的工程师技术好，经验丰富，我们和他们一起探讨，彼此的知识面都扩大了，合作过程中设计到多次修改，他们的工程师半句怨言都没有，合作的过程非常满意，产品准时交给我们使用，...
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北京铁道机车研究所

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李明仕

湖北武汉人 1970年7月出生硕士学历。从事电源设计研发工作30年，先后担任多家电源公司的技术总监技术成果 1． 1996年获武汉市科学技术研究成果证书武科成证字(96)第014号登记号WK9601003 成果名称:DTK系列开关型直流稳压电源 2． 1996年武汉高创电子有限公司的电源项目获得电源行业的第一个国家火炬计划 3． 2000年武汉玉星电子有限责任公司<<电压过零检控软开关电源>>项目获科技部中小型企业创新基金无偿资助,项目代号20004214054563 4.　电源方面各项专利近20项，其中发明专利2项。 5. 国内电源期刊上发表多篇论文。

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沈锦飞

1955年出生，现任江南大学物联网学院教授、硕士生导师。主要从事电力电子电路、装置与电能质量控制的研究和教学工作，发表学术论文30多篇，其中EI检索5篇，获得教育部科技进步奖、江苏省教学成果奖、无锡市科技进步奖，多项发明专利，主编本科教材；被评为无锡市优秀教师、市级先进个人。是中国自动化学会会员、江苏省电工协会自动控制系统专委会委员、无锡市自动化学会理事、无锡市电机工程学会理事。

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颜文旭

1971 年出生，现任江南大学物联网工程学院教授，硕士生导师。现主要从事电力电子技术及智能控制、机电一体化及过程控制等领域的研究和开发工作，发表学术论文30篇（其中EI收录6篇），获专利12项，参加编制十二五国家级规划教材，国家自然科学基金项目，省青年科学基金项目，市级重点实验室建设，主持方块地毯自动包装生产线开发、2.0MW风力发电变流器、10kV高压固态软起动器、船舶压载水物理强化处理核心技术...

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