Sự phát triển của công nghệ điện và điện tử công suất hiện đại

Hiện tại, với vai trò là nền tảng của tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm tài năng, tự động hóa, thông minh và tích hợp cơ điện, điện tử công suất đang phát triển theo hướng công nghệ ứng dụng tần số cao, cấu trúc phần cứng mô-đun và hiệu suất sản phẩm xanh. Trong tương lai gần, công nghệ điện tử công suất sẽ làm cho công nghệ điện trở nên hoàn thiện hơn, kinh tế và thiết thực hơn, đạt được sự kết hợp giữa hiệu suất cao và chất lượng điện cao. 1. Sự phát triển của công nghệ điện tử công suất Hướng phát triển của công nghệ điện tử công suất hiện đại là sự chuyển dịch từ điện tử công suất truyền thống tập trung vào công nghệ tần số thấp để xử lý sự cố sang điện tử công suất hiện đại tập trung vào công nghệ cao tần. Công nghệ điện tử công suất bắt đầu từ các thiết bị chỉnh lưu silicon vào cuối những năm 1950 và đầu những năm 1960. Sự phát triển của nó liên tiếp trải qua kỷ nguyên chỉnh lưu, kỷ nguyên biến tần và kỷ nguyên biến tần, đồng thời thúc đẩy ứng dụng công nghệ điện tử công suất trong nhiều lĩnh vực mới. Vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990, các thiết bị tổng hợp bán dẫn công suất được thể hiện bằng MOSFET công suất và IGBT, tích hợp tần số cao, điện áp cao và dòng điện lớn, đã được phát triển vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990, cho thấy rằng công nghệ điện tử công suất truyền thống đã bước vào thời đại điện tử công suất hiện đại. 1.1 Điện công nghiệp công suất lớn trong thời đại chỉnh lưu được cung cấp bởi máy phát điện xoay chiều tần số (50Hz), nhưng khoảng 20% ​​năng lượng điện được tiêu thụ ở dạng điện một chiều, trong đó điển hình nhất là điện phân (kim loại màu và nguyên liệu hóa học yêu cầu điện phân một chiều), Lực kéo (đầu máy điện, đầu máy diesel truyền động điện, đầu máy tàu điện ngầm, xe đẩy đô thị, v.v.) và truyền động DC (cán thép, làm giấy, v.v.) là ba lĩnh vực chính. Bộ chỉnh lưu silicon công suất lớn có thể chuyển đổi dòng điện xoay chiều tần số điện thành dòng điện một chiều với hiệu suất cao. Do đó, trong những năm 1960 và 1970, việc phát triển và ứng dụng các bộ chỉnh lưu silicon và thyristor công suất cao đã được phát triển rất nhiều. Vào thời điểm đó, có một sự bùng nổ của việc thành lập quy mô lớn các nhà máy chỉnh lưu silicon ở Trung Quốc. Hiện các hãng bán dẫn lớn nhỏ sản xuất chỉnh lưu silicon trong nước là sản phẩm của thời bấy giờ. 1.2 Kỷ nguyên của biến tần Trong những năm 1970, có một cuộc khủng hoảng năng lượng trên toàn thế giới, và động cơ AC' tốc độ chuyển đổi tần số phát triển nhanh chóng do hiệu quả tiết kiệm năng lượng đáng kể của chúng. Công nghệ quan trọng của điều chỉnh tốc độ tần số biến thiên là đảo dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều 0-100Hz. Trong những năm 1970 và 1980, với sự phổ biến của các thiết bị điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi, thyristor, bóng bán dẫn công suất khổng lồ (GTR) và thyristor đóng ngắt cổng (GT0) được sử dụng cho biến tần công suất cao đã trở thành nhân vật chính của các thiết bị điện tử công suất lúc bấy giờ. Các ứng dụng tương tự bao gồm đầu ra DC điện áp cao, bù động công suất phản kháng tĩnh, v.v. Tại thời điểm này, công nghệ điện tử công suất đã có thể đạt được chỉnh lưu và nghịch lưu, nhưng tần số hoạt động thấp, chỉ giới hạn ở dải tần số thấp. 1.3 Kỷ nguyên của máy biến tần Trong những năm 1980, sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mạch tích hợp quy mô lớn và quy mô rất lớn đã đặt nền móng cho sự phát triển của công nghệ điện tử công suất hiện đại. Kết hợp hữu cơ công nghệ xử lý tốt của công nghệ mạch tích hợp và công nghệ cao áp và dòng điện cao, một loạt các thiết bị điện được điều khiển hoàn toàn mới đã xuất hiện, trước hết là sự ra đời của MOSFET công suất, dẫn đến sự phát triển của và nguồn cấp điện trung bình cho tần số cao, và sau đó là các cổng cách điện. Sự xuất hiện của bóng bán dẫn lưỡng cực (IGBT) đã mang lại cơ hội cho sự phát triển của các bộ nguồn cỡ lớn và trung bình cho tần số cao. Sự xuất hiện liên tiếp của MOSFET và IGBT là dấu hiệu cho thấy sự chuyển đổi từ điện tử công suất truyền thống sang điện tử công suất hiện đại. Theo thống kê, vào cuối năm 1995, MOSFETs và GTR công suất đã đạt được thị phần ngang nhau trong thị trường thiết bị bán dẫn công suất, và việc sử dụng IGBT để thay thế GTR trong lĩnh vực điện tử công suất đã đi đến kết luận. Sự phát triển của các thiết bị mới không chỉ cung cấp tần số cao hơn cho việc điều chỉnh tốc độ chuyển đổi tần số động cơ xoay chiều, làm cho hiệu suất của nó hoàn thiện và đáng tin cậy hơn, mà còn cho phép công nghệ điện tử hiện đại tiếp tục phát triển theo hướng tần số cao, là vật liệu- hiệu suất cao tiết kiệm và tiết kiệm năng lượng cho thiết bị điện, đồng thời nhận ra Định lượng nhỏ và nhẹ, cơ điện tử và trí tuệ cung cấp một cơ sở kỹ thuật quan trọng. 2. Các lĩnh vực ứng dụng của điện tử công suất hiện đại 2.1 Cung cấp điện xanh hiệu suất cao cho máy tính Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy tính đã đưa nhân loại bước vào xã hội thông tin, đồng thời thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của công nghệ cung cấp điện. Trong những năm 1980, máy tính đã hoàn toàn áp dụng các bộ nguồn chuyển mạch, đi đầu trong việc hoàn thành việc thay thế các bộ nguồn máy tính. Sau đó, công nghệ cung cấp điện chuyển mạch đã lần lượt xâm nhập vào lĩnh vực điện tử và thiết bị điện. Với sự phát triển của công nghệ máy tính, máy tính xanh và nguồn cung cấp năng lượng xanh đã được đề xuất. Máy tính xanh nói chung là máy tính cá nhân và các sản phẩm liên quan không gây hại cho môi trường. Bộ nguồn xanh đề cập đến bộ nguồn tiết kiệm điện hiệu quả cao liên quan đến máy tính xanh. Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ' s" Energy Star" kế hoạch vào ngày 17 tháng 6 năm 1999, máy tính để bàn Nếu mức tiêu thụ điện của một loại máy tính cá nhân hoặc thiết bị ngoại vi liên quan nhỏ hơn 30 watt ở trạng thái ngủ, nó đáp ứng các yêu cầu của một máy tính màu xanh lá cây. Nâng cao hiệu quả sử dụng điện là cách cơ bản để giảm tiêu thụ điện năng. Theo như nguồn điện chuyển mạch 200 watt hiện tại với hiệu suất 75% có liên quan, thì bản thân bộ nguồn tiêu thụ năng lượng 50 watt. 2.2 Nguồn cung cấp năng lượng chuyển mạch tần số cao cho thông tin liên lạc Sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp truyền thông đã thúc đẩy sự phát triển của các nguồn cung cấp điện thông tin liên lạc. Bộ nguồn chuyển mạch thu nhỏ tần số cao và công nghệ của nó đã trở thành xu hướng chủ đạo của các hệ thống cung cấp điện truyền thông hiện đại. Trong lĩnh vực truyền thông, bộ chỉnh lưu thường được gọi là bộ nguồn sơ cấp, và bộ chuyển đổi DC-DC (DC / DC) được gọi là bộ nguồn thứ cấp. Chức năng của bộ nguồn sơ cấp là biến đổi lưới điện xoay chiều một pha hoặc ba pha thành nguồn điện một chiều có giá trị danh định là 48V. Hiện tại, trong nguồn cung cấp điện sơ cấp cho các bộ chuyển mạch điều khiển bằng chương trình, nguồn điện điều khiển theo pha truyền thống đã được thay thế bằng nguồn điện chuyển mạch tần số cao. Bộ nguồn chuyển mạch tần số cao (còn được gọi là bộ chỉnh lưu chuyển mạch SMR) hoạt động thông qua tần số cao của MOSFET hoặc IGBT, và tần số chuyển đổi thường được điều khiển trong khoảng 50-100kHz để đạt được hiệu quả cao và thu nhỏ. Trong những năm gần đây, công suất nguồn của các bộ chỉnh lưu chuyển mạch đã tiếp tục được mở rộng, và công suất của một bộ đơn lẻ đã mở rộng từ 48V / 12,5A, 48V / 20A đến 48V / 200A, 48V / 400A. Do có nhiều loại mạch tích hợp được sử dụng trong thiết bị thông tin liên lạc, điện áp nguồn cung cấp của chúng cũng khác nhau. Trong hệ thống cung cấp điện truyền thông, mô-đun cấp nguồn DC-DC cách ly tần số cao có mật độ công suất cao được sử dụng để biến đổi điện áp bus trung gian (thường là 48V DC) thành các điện áp DC khác nhau được yêu cầu có thể giảm đáng kể tổn thất, tạo điều kiện bảo trì và rất thuận tiện để cài đặt và tăng lên. Nói chung, nó có thể được cài đặt trực tiếp trên bảng điều khiển tiêu chuẩn và yêu cầu đối với nguồn điện thứ cấp là mật độ công suất cao. Khi dung lượng thông tin liên lạc tiếp tục tăng, khả năng cung cấp điện truyền thông cũng sẽ tiếp tục tăng lên. 2.3 Bộ chuyển đổi DC-DC (DC / DC) Bộ chuyển đổi DC / DC biến đổi điện áp một chiều cố định thành điện áp một chiều biến đổi. Công nghệ này được sử dụng rộng rãi trong việc thay đổi tốc độ vô cấp của xe đẩy, tàu điện ngầm và xe điện. Đồng thời, điều khiển nói trên đạt được hiệu suất tăng tốc mượt mà, phản ứng nhanh, đồng thời nhận được hiệu quả tiết kiệm năng lượng. Thay thế varistor bằng DC chopper có thể tiết kiệm điện năng (20-30)%. Bộ cắt DC không chỉ có thể điều chỉnh điện áp (chuyển đổi nguồn điện), mà còn triệt tiêu nhiễu dòng điện hài trên phía lưới điện một cách hiệu quả. Bộ chuyển đổi DC / DC nguồn thứ cấp của bộ nguồn truyền thông đã được thương mại hóa. Mô-đun áp dụng công nghệ PWM tần số cao, tần số chuyển mạch khoảng 500kHz và mật độ công suất là 5W ～ 20W / in3. Với sự phát triển của các mạch tích hợp quy mô lớn, mô-đun cấp nguồn bắt buộc phải được thu nhỏ, do đó cần phải liên tục tăng tần số chuyển mạch và áp dụng các cấu trúc liên kết mạch mới. Hiện nay, một số công ty đã phát triển và sản xuất hai loại công nghệ chuyển mạch không dòng điện và chuyển mạch điện áp không. Mật độ công suất của mô-đun cấp nguồn thứ cấp đã được cải thiện đáng kể. 2.4 Bộ nguồn liên tục (UPS) Bộ nguồn liên tục (UPS) là bộ nguồn có độ tin cậy cao và hiệu suất cao cần thiết cho máy tính, hệ thống thông tin liên lạc và những trường hợp cần cung cấp liên tục. Đầu vào nguồn điện AC được bộ chỉnh lưu chuyển đổi thành DC, một phần năng lượng được sạc cho bộ pin, và phần năng lượng còn lại được biến tần chuyển thành AC, và được gửi đến tải thông qua công tắc chuyển đổi. Để vẫn cung cấp năng lượng cho tải khi biến tần gặp sự cố, một nguồn điện dự phòng khác được thực hiện thông qua một công tắc chuyển nguồn. UPS hiện đại thường áp dụng công nghệ điều chế độ rộng xung và các thiết bị điện tử công suất hiện đại như MOSFETs và IGBTs. Tiếng ồn của nguồn điện có thể được giảm thiểu, đồng thời cải thiện hiệu quả và độ tin cậy. Sự ra đời của phần mềm vi xử lý và công nghệ phần cứng có thể thực hiện việc quản lý thông minh UPS, bảo trì từ xa và chẩn đoán từ xa. Hiện tại, công suất tối đa của bộ lưu điện trực tuyến có thể đạt 600kVA. Sự phát triển của bộ lưu điện siêu nhỏ cũng rất nhanh chóng, có những sản phẩm với nhiều thông số kỹ thuật khác nhau như 0.5kVA, lVA, 2kVA, 3kVA. 2.5 Bộ nguồn biến tần Bộ nguồn biến tần được sử dụng chủ yếu để biến đổi tần số và điều chỉnh tốc độ của động cơ xoay chiều, và vị trí của nó trong hệ thống truyền động điện ngày càng trở nên quan trọng và nó đã đạt được hiệu quả tiết kiệm năng lượng rất lớn. Mạch chính của bộ nguồn biến tần sử dụng sơ đồ AC-DC-AC. Nguồn điện tần số công nghiệp được chuyển đổi thành điện áp một chiều cố định thông qua bộ chỉnh lưu và sau đó là bộ chuyển đổi tần số cao PWM bao gồm các bóng bán dẫn công suất cao hoặc IGBT biến điện áp một chiều thành điện áp và đầu ra xoay chiều có tần số thay đổi. Dạng sóng đầu ra của bộ nguồn tương tự như sóng sin. Được sử dụng để điều khiển động cơ không đồng bộ xoay chiều để đạt được điều chỉnh tốc độ vô cấp. Dòng sản phẩm bộ nguồn biến tần dưới 400kVA đã có mặt trên thị trường quốc tế. Đầu những năm 1980, Toshiba của Nhật Bản lần đầu tiên áp dụng công nghệ điều chỉnh tốc độ chuyển đổi tần số AC vào máy điều hòa không khí. Đến năm 1997, thị phần của hãng đã đạt hơn 70% máy điều hòa không khí gia dụng tại Nhật Bản. Máy điều hòa không khí biến tần có ưu điểm là tiện nghi và tiết kiệm năng lượng. Nghiên cứu trong nước về máy điều hòa không khí biến tần bắt đầu vào đầu những năm 1990. Năm 1996, dây chuyền sản xuất máy điều hòa không khí biến tần ra đời đã dần hình thành điểm nóng về phát triển và sản xuất máy điều hòa không khí biến tần. Dự kiến, đỉnh cao sẽ được hình thành vào khoảng năm 2000. Ngoài bộ nguồn biến tần, máy điều hòa không khí biến tần còn yêu cầu động cơ máy nén phù hợp để điều chỉnh tốc độ biến tần. Tối ưu hóa chiến lược điều khiển và lựa chọn các thành phần chức năng là hướng phát triển tiếp theo của bộ nguồn điều hòa biến tần. 2.6 Bộ nguồn máy hàn chỉnh lưu biến tần cao tần Bộ nguồn máy hàn chỉnh lưu biến tần cao tần là bộ nguồn máy hàn mới hiệu suất cao, hiệu quả và tiết kiệm nguyên liệu, tiêu biểu cho hướng phát triển của ngày nay' s nguồn cấp máy hàn. Do việc thương mại hóa các mô-đun công suất cao IGBT, loại bộ nguồn này có triển vọng ứng dụng rộng rãi hơn. Bộ nguồn máy hàn biến tần hầu hết sử dụng phương pháp chuyển đổi AC-DC-AC-DC (AC-DC-AC-DC). Dòng điện xoay chiều 50Hz được chuyển đổi thành dòng điện một chiều thông qua chỉnh lưu toàn cầu và bộ phận chuyển đổi tần số cao PWM bao gồm các IGBT biến dòng điện một chiều thành sóng hình chữ nhật tần số cao 20kHz, được ghép nối bởi một máy biến áp tần số cao, được chỉnh lưu và lọc, và trở thành dòng điện một chiều ổn định, được sử dụng để cung cấp điện hồ quang. Do điều kiện làm việc kém của nguồn điện máy hàn và các thay đổi liên tục ngắn mạch, phóng điện hồ quang và hở mạch thường xuyên, độ tin cậy làm việc của nguồn điện máy hàn chỉnh lưu tần số cao đã trở thành vấn đề quan trọng nhất, và nó cũng là vấn đề được người dùng quan tâm nhất. . Sử dụng bộ vi xử lý làm bộ điều khiển liên quan đến điều chế độ rộng xung (PWM), thông qua việc trích xuất và phân tích nhiều tham số và nhiều thông tin, mục đích dự đoán các điều kiện làm việc khác nhau của hệ thống đạt được và hệ thống có thể được điều chỉnh và xử lý trước để giải quyết vấn đề. Nâng cao độ tin cậy của các bộ nguồn biến tần IGBT công suất cao hiện nay. Máy hàn inverter của nước ngoài có thể đạt dòng hàn định mức 300A, thời gian chịu tải 60%, điện áp đầy tải 60 đến 75V, dải điều chỉnh dòng từ 5 đến 300A, trọng lượng là 29kg. 2.7 Bộ nguồn DC cao áp chuyển mạch công suất lớn Bộ nguồn DC cao áp chuyển mạch công suất lớn được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị lớn như khử bụi tĩnh điện, cải thiện chất lượng nước, máy X-quang y tế và máy CT. Điện áp cao tới 50 ～ l59kV, dòng điện trên 0,5A, và công suất lên đến 100kW. Kể từ những năm 1970, một số công ty ở Nhật Bản đã áp dụng công nghệ biến tần, chuyển đổi nguồn điện lưới thành tần số trung gian khoảng 3kHz sau khi chỉnh lưu, và sau đó tăng cường nó. Trong những năm 1980, công nghệ cung cấp điện chuyển mạch tần số cao phát triển nhanh chóng. Đức' s Siemens sử dụng bóng bán dẫn nguồn làm phần tử chuyển mạch chính để tăng tần số chuyển mạch của nguồn điện lên hơn 20kHz. Công nghệ máy biến áp kiểu khô được ứng dụng thành công cho các nguồn điện cao tần và cao áp, loại bỏ bể chứa dầu máy biến áp cao nên càng làm giảm thể tích của hệ thống máy biến áp. Trong nước, bộ lọc tĩnh điện điện áp cao DC đã được phát triển. Nguồn điện được chỉnh lưu thành DC, và mạch biến tần cộng hưởng dòng công tắc dòng không toàn cầu được sử dụng để đảo ngược điện áp DC thành điện áp tần số cao, và sau đó biến áp tần số cao được tăng cường, và cuối cùng được chỉnh lưu thành DC cao Vôn. Trong điều kiện tải điện trở, điện áp một chiều đầu ra đạt 55kV, dòng điện đạt 15mA và tần số hoạt động là 25,6kHz. 2.8 Khi bộ chuyển đổi AC-DC (AC-DC) truyền thống của bộ lọc nguồn hoạt động được đưa vào hoạt động, nó sẽ đưa một lượng lớn dòng điện hài vào lưới điện, gây ra suy hao và nhiễu sóng hài, đồng thời, hệ số công suất của thiết bị sẽ bị suy giảm về phía lưới điện. Hiện tượng, cái gọi là" ô nhiễm nguồn điện" ;, ví dụ, khi chỉnh lưu và lọc tụ điện không kiểm soát được, hàm lượng sóng hài thứ ba trên phía lưới có thể đạt (70 ～ 80)%, và hệ số công suất ở phía lưới chỉ 0,5 ～ 0,6. Bộ lọc công suất hoạt động là một loại thiết bị điện tử công suất mới có thể triệt tiêu sóng hài một cách linh hoạt. Nó có thể khắc phục những thiếu sót của bộ lọc LC truyền thống và là một phương pháp triệt tiêu sóng hài đầy hứa hẹn. Bộ lọc bao gồm một bộ chuyển đổi công suất đóng cắt cầu và một mạch điều khiển cụ thể. Không chỉ điện áp đầu ra được cấp trở lại, mà cả dòng điện đầu vào trung bình cũng được cấp trở lại; (2) Tín hiệu tham chiếu vòng lặp hiện tại là sản phẩm của tín hiệu lỗi vòng điện áp và tín hiệu lấy mẫu điện áp chỉnh lưu toàn sóng. 2.9 Hệ thống cung cấp điện chuyển mạch phân tán Hệ thống cung cấp điện phân tán sử dụng các mô-đun công suất thấp và các mạch tích hợp điều khiển quy mô lớn làm thành phần cơ bản, đồng thời sử dụng các lý thuyết và thành tựu kỹ thuật mới nhất để tạo thành một bộ nguồn thông minh, kiểu khối xây dựng, để tạo ra dòng điện mạnh và Việc tích hợp chặt chẽ dòng điện yếu làm giảm áp lực phát triển các thành phần công suất cao và thiết bị công suất cao (tập trung) và nâng cao hiệu quả sản xuất. Đầu những năm 1980, việc nghiên cứu hệ thống cung cấp điện chuyển mạch tần số cao phân tán về cơ bản tập trung vào nghiên cứu công nghệ song song bộ biến đổi. Vào giữa và cuối những năm 1980, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ chuyển đổi điện tần số cao, các cấu trúc liên kết chuyển đổi khác nhau lần lượt xuất hiện. Kết hợp công nghệ thành phần nguồn và mạch tích hợp quy mô lớn, việc tích hợp các thiết bị công suất vừa và nhỏ trở nên khả thi, do đó thúc đẩy nhanh chóng sự phát triển của nghiên cứu hệ thống cung cấp điện chuyển mạch tần số cao phân tán. Từ cuối những năm 1980, hướng này đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu trong giới điện tử công suất quốc tế. Số lượng giấy tờ đã tăng lên qua từng năm, và lĩnh vực ứng dụng tiếp tục được mở rộng. Phương thức cung cấp điện phân tán có các ưu điểm là tiết kiệm năng lượng, tin cậy, hiệu quả cao, kinh tế và bảo trì thuận tiện. Nó đã dần dần được áp dụng bởi các máy tính quy mô lớn, thiết bị truyền thông, hàng không vũ trụ, điều khiển công nghiệp và các hệ thống khác. Đây cũng là phương pháp cấp nguồn lý tưởng nhất cho nguồn điện áp thấp (3.3V) của các mạch tích hợp tốc độ cực cao. Trong các ứng dụng công suất cao, chẳng hạn như mạ điện, cung cấp điện điện phân, cung cấp năng lượng kéo đầu máy điện, cung cấp điện sưởi ấm cảm ứng tần số trung gian, cung cấp điện truyền động cơ và các lĩnh vực khác, cũng có triển vọng ứng dụng rộng rãi. 3. Xu hướng phát triển của cung cấp điện chuyển mạch tần số cao Trong ứng dụng công nghệ điện tử công suất và các hệ thống cung cấp điện khác nhau, công nghệ cung cấp điện chuyển mạch là cốt lõi. Đối với các bộ nguồn mạ điện phân cỡ lớn, các mạch điện truyền thống rất cồng kềnh và nặng nề. Nếu sử dụng công nghệ cấp nguồn chuyển mạch Gordon, khối lượng và trọng lượng của nó sẽ giảm đi đáng kể, đồng thời cải thiện đáng kể hiệu suất sử dụng điện, tiết kiệm nguyên vật liệu và giảm chi phí. Trong xe điện và bộ truyền động tần số không thể tách rời công nghệ cung cấp điện chuyển mạch. Nguồn điện chuyển mạch thay đổi tần số nguồn để đạt được sự phù hợp tải gần như lý tưởng và điều khiển biến tần. Công nghệ cung cấp điện chuyển mạch tần số cao là công nghệ cốt lõi của các bộ nguồn chuyển đổi công suất cao khác nhau (máy hàn biến tần, bộ cấp nguồn truyền thông, bộ cấp nguồn sưởi cao tần, bộ cấp nguồn laser, bộ cấp nguồn hoạt động điện tử, v.v.). 3.1 Tần số cao Phân tích lý thuyết và kinh nghiệm thực tế cho thấy trọng lượng thể tích của máy biến áp, cuộn cảm và tụ điện của các sản phẩm điện tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của tần số nguồn điện. Vì vậy, khi chúng ta tăng tần số từ 50Hz lên 20kHz, 400 lần, khối lượng và trọng lượng của thiết bị điện sẽ giảm xuống còn 5 ~ l0% so với tần số công suất thiết kế. Cho dù đó là một máy hàn chỉnh lưu biến tần hay một bộ chỉnh lưu chuyển mạch để cung cấp điện truyền thông, thì cả hai đều dựa trên nguyên tắc này. Tương tự như vậy, các bộ nguồn DC khác nhau như mạ điện, điện phân, xử lý điện, sạc điện, sạc nổi và đóng điện trong ngành công nghiệp chỉnh lưu"" cũng có thể được chuyển đổi theo nguyên tắc này để trở thành nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi" chuyển đổi" ;. Vật liệu chính có thể Tiết kiệm 90% hoặc hơn, và có thể tiết kiệm điện từ 30% trở lên. Do sự gia tăng dần dần giới hạn trên của tần số làm việc của các thiết bị điện tử công suất, nhiều thiết bị tần số cao truyền thống ban đầu sử dụng ống điện tử được hóa rắn, mang lại lợi ích kinh tế đáng kể là tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm nước và tiết kiệm vật liệu, và có thể phản ánh giá trị của nội dung kỹ thuật. 3.2 Môđun Môđun hóa có hai nghĩa, một là môđun hóa các thiết bị nguồn và hai là môđun hóa các đơn vị cung cấp điện. Các mô-đun thiết bị phổ biến của chúng tôi, bao gồm một đơn vị, hai đơn vị, sáu đơn vị đến bảy phần tử, bao gồm thiết bị chuyển mạch và điốt tự do song song với chúng, về cơ bản là" tiêu chuẩn" mô-đun nguồn (SPM). Trong những năm gần đây, một số công ty đã lắp đặt mạch bảo vệ ổ đĩa của thiết bị chuyển mạch vào mô-đun nguồn để tạo thành" thông minh" mô-đun nguồn (IPM), không chỉ làm giảm kích thước của toàn bộ máy mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế và sản xuất toàn bộ máy. Trên thực tế, do tần số tăng liên tục, ảnh hưởng của điện cảm ký sinh chì và điện dung ký sinh ngày càng nghiêm trọng, gây ra ứng suất điện trên thiết bị lớn hơn (dưới dạng quá áp và quá dòng). Để nâng cao độ tin cậy của hệ thống, một số nhà sản xuất đã phát triển"&dành riêng cho người dùng; mô-đun nguồn (ASPM), lắp đặt hầu hết tất cả phần cứng của một chiếc máy hoàn chỉnh vào một mô-đun dưới dạng chip, để các thành phần không còn nằm giữa các kết nối dây dẫn truyền thống, các mô-đun như vậy đã trải qua quá trình nhiệt, điện và và thiết kế cơ học để đạt được trạng thái tối ưu hóa hoàn hảo. Nó tương tự như mạch tích hợp dành riêng cho người dùng (ASIC) trong vi điện tử. Miễn là phần mềm điều khiển được ghi vào chip vi xử lý trong mô-đun, và sau đó toàn bộ mô-đun được cố định trên bộ tản nhiệt tương ứng, một loại thiết bị cấp nguồn chuyển mạch mới được hình thành. Có thể thấy, mục đích của việc modul hóa không chỉ để tạo điều kiện sử dụng và giảm kích thước của toàn bộ máy, mà quan trọng hơn là hủy bỏ kết nối truyền thống và giảm thiểu các thông số ký sinh, để giảm thiểu ứng suất điện trên thiết bị và nâng cao độ tin cậy của hệ thống. . Ngoài ra, các bộ nguồn chuyển mạch công suất lớn, do giới hạn dung lượng thiết bị và tăng khả năng dự phòng để cải thiện độ tin cậy, thường sử dụng nhiều đơn vị mô-đun độc lập để làm việc song song, sử dụng công nghệ chia sẻ hiện tại và tất cả các mô-đun đều chia sẻ dòng tải. Nếu một mô-đun bị lỗi, các mô-đun khác chia sẻ dòng tải như nhau. Bằng cách này, không chỉ công suất nguồn được tăng lên mà còn đáp ứng được yêu cầu của sản lượng dòng điện lớn trong điều kiện công suất thiết bị hạn chế và độ tin cậy của hệ thống được cải thiện đáng kể bằng cách bổ sung các mô-đun cung cấp điện dự phòng có công suất thấp so với toàn bộ hệ thống . Trong trường hợp một mô-đun bị lỗi, nó sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của hệ thống và cung cấp đủ thời gian để sửa chữa. 3.3 Số hóa Trong công nghệ điện tử công suất truyền thống, phần điều khiển được thiết kế và làm việc theo tín hiệu tương tự. Trong những năm 1960 và 1970, công nghệ điện tử công suất hoàn toàn dựa trên các mạch tương tự. Tuy nhiên, hiện nay tín hiệu số và mạch số ngày càng trở nên quan trọng hơn, công nghệ xử lý tín hiệu số ngày càng hoàn thiện, ngày càng thể hiện nhiều ưu điểm: thuận tiện cho việc xử lý và điều khiển máy tính, tránh hiện tượng méo và méo tín hiệu tương tự, giảm tín hiệu giả. Nhiễu (cải thiện khả năng chống nhiễu), thuận tiện cho việc gỡ lỗi gói phần mềm và viễn thám, đo từ xa và điều chỉnh từ xa, và cũng để cấy ghép tự chẩn đoán, khả năng chịu lỗi và các công nghệ khác. Do đó, trong những năm 1980 và 1990, công nghệ tương tự vẫn hữu ích cho việc thiết kế các mạch và hệ thống khác nhau, đặc biệt là: như cách bố trí các tấm in, các vấn đề về tương thích điện từ (EMC) và hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC). các vấn đề không thể tách rời với kiến ​​thức về công nghệ tương tự, nhưng đối với bộ nguồn chuyển mạch thông minh, khi cần điều khiển máy tính thì công nghệ kỹ thuật số là không thể tách rời. 3.4 Xanh hóa Hệ thống cung cấp điện xanh hóa có hai ý nghĩa: thứ nhất là tiết kiệm điện đáng kể, tức là tiết kiệm công suất phát điện, phát điện là nguyên nhân quan trọng gây ô nhiễm môi trường nên tiết kiệm điện có thể giảm thiểu ô nhiễm môi trường; thứ hai, các nguồn điện này không thể (hoặc ít hơn) gây ô nhiễm cho lưới điện. Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) đã xây dựng một loạt các tiêu chuẩn cho điều này, chẳng hạn như IEC555, IEC917, IEC1000, v.v. Trên thực tế, nhiều thiết bị tiết kiệm năng lượng điện tử công suất có xu hướng trở thành nguồn gây ô nhiễm cho lưới điện: đưa dòng điện hài bậc cao nghiêm trọng vào lưới điện, làm giảm tổng hệ số công suất, tạo ra nhiều đột biến điện áp lưới, và thậm chí có các góc bị thiếu và biến dạng. . Vào cuối thế kỷ 20, nhiều bộ lọc tích cực và sơ đồ bù tích cực ra đời, và có nhiều cách để hiệu chỉnh hệ số công suất. Những điều này đã đặt nền tảng cho việc sản xuất hàng loạt các bộ nguồn chuyển mạch xanh khác nhau trong thế kỷ 21. Công nghệ điện tử công suất hiện đại là cơ sở cho sự phát triển của công nghệ cung cấp điện chuyển mạch. Với sự xuất hiện liên tục của các thiết bị điện tử công suất mới và cấu trúc liên kết mạch phù hợp với tần số chuyển mạch cao hơn, công nghệ cung cấp điện hiện đại sẽ phát triển nhanh chóng dưới sự thúc đẩy của nhu cầu thực tế. Theo công nghệ ứng dụng truyền thống, hiệu suất của nguồn điện chuyển mạch bị ảnh hưởng do giới hạn hiệu suất của các thiết bị nguồn. Để tối đa hóa các đặc tính của các thiết bị nguồn khác nhau và giảm thiểu tác động của hiệu suất thiết bị đến hiệu suất của nguồn điện chuyển mạch, cấu trúc liên kết mạch nguồn mới và công nghệ điều khiển mới có thể làm cho công tắc nguồn hoạt động ở trạng thái điện áp bằng không hoặc bằng không, có thể Cải thiện đáng kể tần số hoạt động, nâng cao hiệu quả của nguồn điện chuyển mạch và thiết kế nguồn điện chuyển mạch với hiệu suất tuyệt vời. Nhìn chung, điện tử công suất và công nghệ cung cấp điện chuyển mạch tiếp tục phát triển do yêu cầu ứng dụng, và sự xuất hiện của công nghệ mới sẽ cập nhật nhiều sản phẩm ứng dụng và mở ra nhiều lĩnh vực ứng dụng cập nhật hơn. Việc thực hiện chuyển mạch cung cấp điện tần số cao, mô-đun hóa, số hóa, xanh hóa, v.v. của' sẽ đánh dấu sự trưởng thành của các công nghệ này và hiện thực hóa sự kết hợp giữa điện hiệu quả cao và chất lượng cao. Trong những năm gần đây, với sự phát triển của ngành thông tin liên lạc, việc cung cấp nguồn điện chuyển mạch cho thông tin liên lạc với công nghệ cung cấp điện chuyển mạch làm cốt lõi có nhu cầu thị trường trong nước lên tới hơn 2 tỷ nhân dân tệ, đã thu hút một lượng lớn cán bộ khoa học và công nghệ tại trong và ngoài nước để thực hiện phát triển và nghiên cứu. Xu hướng chung là các bộ nguồn chuyển mạch thay thế các bộ nguồn tuyến tính và bộ nguồn điều khiển theo pha. Do đó, thị trường nội địa đối với các hệ thống cung cấp điện vận hành cũng có nhu cầu về giá trị sản lượng hàng tỷ đồng đang bắt đầu và sẽ sớm phát triển. Còn rất nhiều bộ nguồn đặc biệt khác và bộ nguồn công nghiệp với công nghệ cấp nguồn chuyển mạch làm cốt lõi đang chờ đợi con người phát triển.