西门子SMART200上海代理商

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补偿环节参数设计合适的话，系统在一个周期内将不受输入电压波动的影响。由于电流的下降斜率是一个动态变化的函数，选择一个与之相抵消的斜率是很困难的，而单周期控制具有充分利用非线性这一优点，使得输出不受输入波动的影响，在一个周期内快速跟踪控制参考量，达到稳定状态。单周期控制主要是在一个周期内控制开关变量的变化，使输出跟随控制参考量，且开关变量的输出与输入无关，只与参考电压有关。，使得它在开关电源中的应用越来越广泛，数字控制取代模拟控制是开关电源发展的一个必然趋势。
（6）功率因数校正技术
由于人们总希望在AC-DC变换器电路的输出端得到一个较为平滑的直流电压，所以通常采用电容来滤波。正是由于整流二极管的非线性和电容的共同作用，输入电流发生了畸变。如果去掉滤波电容，则输出端的电流变为近似的正弦波，提高了变压器的输入侧的功率因数，并减少了输入电流的谐波，但是整流电路的输出不再是一个平稳的直流电压，而变为脉动波，如果想要使输入电流为正弦波，且输出电压为平滑的直流，必须在整流电路和滤波电容之间加一个电路，即功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）电路，使得输入电流能够跟踪输入电压。
为了实现这一目标，可用无源电路，也可用有源电路，无源滤波电路技术主要是在整流桥和电容之间串联一个电感，以增加二极管的导通时间，降低输入电流的幅值，或者在交流侧接入一个谐振滤波器，主要消除3次谐波。无源方式较简单，但电流的谐波仍然较大，且要求电抗性负载。逐流技术是以荧光灯电子镇流器为背景提出的无源PFC，采用两个串联电容为滤波电容，适当配合几只二极管，使得并联电容充电、串联放电，以增加整流二极管的导通角，改善输入侧的功率因数，代价是直流母线电压约为输入电压较大的一半之间脉动。配上适当的高频反馈，也能实现功率因数大于0.98。
有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，APFC）技术主要是以输入电压为参考信号，控制输入电流跟踪参考信号，实现输入电流的低频分量和输入电压为一个近似同频同相的波形，以提高功率因数和抑制谐波；同时采用电压反馈，使得输入电压为近似平滑的直流电压。其控制方法又可分为直接电流控制和间接电流控制两种。直接电流控制用输入电流跟参考电流作比较，再用输出的电流误差控制开关动作。直接电流控制可分为峰值电流控制、滞环控制和平均电流控制。峰值电流控制使得次谐波振荡问题在功率因数校正上更为严重，用得较少。滞环控制：平均电流为**弦，但属于变频控制。平均电流控制：实现简单，控制效果好，是目前较为流行的控制方式。间接电流控制则是控制输入电感端电压的幅值和相位，使得电感电流与输入电压同相，因此为幅值相位控制，该方法虽然控制电路简单，但由于对参数比较敏感，还未得到广泛应用。保证电源系统稳定、可靠、高效地工作。
开关电源的并联均流性能一般以均分负载不平衡度指标来衡量。不平衡度越小，其均流性能越好，即各模块实际输出电流值距系统要求值的偏离点和离散性越小。目前，较好的开关电源系统负载均分不平衡度为±3%左右。
开关电源模块的并联均流技术途径有多种，有输出阻抗法、主从跟随法、平均电流自动跟踪均流法、外加均流控制器法、较大电流自动跟踪均流法等。前几种方法都有自身的弊端，而较大电流自动跟踪均流法能自动设定主从模块，即在所有并联模块中，输出电流较大的模块将自动成为主模块，而其余的模块则为从模块，它们的电压误差依次被整定，以校正负载电流分配的不平衡，又称“自动主从控制法”。这种较大电流自动均流法应用较为广泛，并且已有成熟的集成控制芯片面世。美国Unitrode公司生产的UC3907就是基于较大电流自动均流法的均流控制芯片。随着单片机及DSP技术的迅速发展，利用软件控制并联电源模块的均流技术也必将获得广泛应用。
1.2.2　开关电源的发展趋势
开关电源（设备）的发展既要受电力电子技术发展的制约，又要受到设备制造技术、市场需求、制造成本与利润等多方面因素的影响，要准确判断开关电源设备今后的发展趋势并非易事。因此，以下只能基于目前设备和技术的现状，结合市场对设备的大致需求，宏观判断一下今后开关电源设备的发展趋势。
（1）高频化和小型化
在开关变换技术的发展和推动下，尤其是软开关变换技术的日益成熟与应用，为进一步提高开关电源中功率开关器件的工作频率奠定了基础。而功率开关器件工作频率的进一步提高，可使相同功率的开关电源设备的体积和重量减小，单位体积的输出功率（功率密度）增加，改善动态响应特性。因此，提高变换电路的工作频率无疑将是开关电源设备今后的一种发展趋势。预计在不远的将来，小功率开关电源的工作频率将提高到1MHz以上，电能变换的效率会有明显提升，中小功率开关电源的功率密度可达每立方英寸300W以上。
（2）标准化和模块化更加合理、性能指标更优。
开关电源模块化是指将具有特定功能和结构的独立单元按系统集成原则组合在一起，以求较大限度地发挥设备效能，提升供电**的可靠性，改善设备维修性能的一种设计方法。实现开关电源模块化的途径就是将开关电源的功能块划分出来，单独做成通用模块，使之具有标准化的结构和接口，而整个设备本身就是各个功能模块的系统集成或“积木式”的叠加。目前，开关电源设备已经在走模块化的发展道路，这不仅方便了用户使用，提高了设备的维修性能，而且使设备的扩容更加方便，尤其是便于实现系统的冗余供电模式，从而提升供电系统的可靠性。因此，这也是电能变换电源设备今后的发展方向之一。
（3）数字化和智能化
开关电源设备的数字化是指利用数字技术，以数字信号代替传统的模拟信号，完成*操作和预定功能的过程。实现开关电源设备数字化的主要方法是“附加”和“嵌入”，前者是在已有设备中附加某些硬件，使其具备数字化的功能；后者是先研制数字化新系统，而后将其嵌入设备之中。如：数字控制的开关电源，可以通过单片机对开关电源的工作实行间接控制而实现数字化，也可以通过高性能数字控制集成电路对开关电源实现直接控制而实现数字化。可以预期，开关电源的模拟控制与数字控制这两种不同的技术将在今后多年内长期共存，但数字化的发展趋势毋庸置疑。
开关电源设备或系统的智能化是指在单一的开关电源设备或系统中，借助传感器信息，网络传递信息，计算机分析、判断和处理信息，自动化执行机构执行规定的动作，使其整个过程是封闭的并且是智能化的。随着计算机技术和人工智能技术的发展，开关电源设备或系统的智能化呈现强劲的发展势头。如：在开关电源设备或系统实现故障自诊断、预先报警管理，在通信局（站）中实现网络化集中监控管理，对设备生产、储运、配送和维修的全过程实现智能化精确管理等。
（4）隐身化和绿色化能化、接口标准化、应用绿色化” 的方向发展，以满足现代信息社会的各种需求。
1.2.3　开关电源的应用领域
开关电源是20世纪60年代电源历史上的一次，广泛应用于家用电器、个人计算机和手机、测试仪器（如示波器、信号发生器、频谱分析仪等）、医学仪器、工业设备（如大型计算机、通信系统、自动控制系统）、航空航天、交通运输、电子装置等各个领域。下面列举开关电源应用领域的一些例子。
（1）金属焊接与切割电源
世界生产的钢材约50%需要焊接与切割加工成构件，才能使用。高频开关焊接与切割电源在体积、质量、节能及焊接与切割性能等方面是传统焊接与切割电源无法比拟的，已取代传统焊接与切割电源，广泛用于焊接与切割行业。
（2）表面处理工程
用于电镀行业的整流电源，其特点是低电压、大电流。高频逆变开关整流电镀电源与二极管的硅整流电源、晶闸管整流电镀电源相比，除了体积小、质量轻、效率高之外，还有可控性好、稳压稳流精度高、易于并联、易于实现计算机监控、故障检测安全控制，而且镀层品质大大提高。直流电镀与脉冲电镀相结合，可获得无裂缝、耐腐蚀能力和耐磨能力强、均匀的镀层表面。
用于工业设备和装备、舰船维修的电弧热喷涂工艺，应用高频开关电源电弧为热源，对解决涂层结构致密、低孔隙率、高强度、耐磨、防热腐蚀具有广泛的应用前景。
用于塑料表面处理，采用工作电压为10～13kV、开关频率为10～36kHz的高压开关电源以电晕方法使塑料表面改性，提高印刷性和粘接性，用此法同时还可去除油污、水汽和尘垢。开关电源用于电容器铝箔表面处理，可提高电容器的比容量及抗电强度等。
（3）在环境保护中的应用
脉冲电晕加脱硫是一种很有前景的烟气净化技术，对解决世界性三大环保问题之一的酸雨，高频开关电源有其用武之地。
高频开关电源在脉冲放电废水处理中也得到广泛应用，利用强脉冲放电所产生的等离子体具有的高密度储存能量和高膨胀效应，能形成强烈的热能、膨胀压力热能、光能、声能和辐射能，进而在水中产生各种游离基，这些活性游离基可以破坏工业废水中的有害物质。
脉冲电场杀菌消毒应用开关电源，可以克服热处理、防腐剂等杀菌的局限性以及给食品引入新的污染，强脉冲放电，特别是高压脉冲放电产生的强烈冲击波以及紫外线、强电流和臭氧等综合效应，灭菌效果和能量利用率更高。
（4）在激光中的应用
激光在工业领域用于靶场试验、杀伤、探测、防御等，在工业加工领域用于打孔、成形、修模等，在医疗卫生领域用于手术、修复等。激光器的电源应用高频开关电源
隐身化一词多用于军事装备，是指采取必要的多谱隐身技术措施，较大限度地消除装备可见光的反射特性、自身的红外辐射、反射雷达波的特性、反射激光的特性、自身的电磁特征信号和声振特征信号等，达到与环境的融合、协调，提高装备战场生存能力的目的。如果将开关电源设备用于军事领域，其设备自身的隐身性能就是一个必须考虑的课题，而从欧美等军事强国的装备发展过程来看，开关电源装备的隐身化也是一个必然的趋势。
开关电源设备的绿色化是指设备的发展要向全寿命、物质利用率高、浪费资源少、污染环境小及与环境相协调的方向发展。要达到这一目标，首先要研究实现设备绿色化技术，包括高效能量变换技术（软开关技术、同步整流技术、并联均流技术、有源功率因数校正技术等）、传导及辐射干扰控制技术等；其次是要利用绿色化技术和绿色化理念进行开关电源的设计，使设计出的产品方便拆卸与分解，零部件可以翻新和重复使用，这样既保护了环境，避免了资源的浪费，减少了垃圾数量，同时也增强了设备的可维修性。
当然，便。从电能变换的发展历程来看，早期主要依靠旋转式的电动机和发电机来实现交流电与直流电之间的变换，现在完全可以依靠电能变换电路来实现交流与直流的变换，历经了由“动”到“静”的过程，电能变换技术主体内容也演变为现代电力电子技术。因此，关注开关电源设备的发展趋势，实际上在很大程度上就是关注现代电力电子技术的发展的技术基础。
同步整流技术就是采用通态电阻较低的**功率MOSFET，来取代整流二极管以降低整流损耗的一项新技术。它能大大提高DC-DC变换器的效率并且不存在由肖特基势垒电压造成的死区电压。功率MOSFET属于电压控制型器件，它在导通时的伏安特性呈线性关系。用功率MOSFET做整流器时，要求栅较电压的相位必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，故称之为同步整流。
同步整流的MOSFET控制通常分为三种方式，即由变压器绕组直接驱动控制、由控制IC驱动控制及**驱动控制电路控制。对于非隔离型变换器，同步整流的MOSFET控制通常由控制IC驱动控制，具有控制时序准确、驱动电压恒定、不受输入或输出电压影响的优点；对于隔离型变换器，同步整流的MOSFET控制通常采用另外两种方式。
目前，同步整流技术在DC-DC模块电源领域得到了广泛的应用。随着MOSFET设计工业技术的进步，当今的MOSFET的性能大大提高。例如，IR公司的MOS管IRF7821，其较大导通电阻仅为9.1mΩ，开关时间小于10ns，栅电荷仅9.3nC，而且在逻辑电平下驱动即可。同步整流技术几乎可以应用到各种电路拓扑，并且可以与其他技术相结合，从而形成了各具特色的同步整流技术。例如，有源钳位技术与同步整流技术结合，实现了软开关同步整流技术，进一步降低了同步整流MOS管的开关损耗，效率也得到了进一步提高。同步整流技术的关键在同步整流管的驱动控制上，不同的驱动方式对效率的影响有较大差别。
（4）软开关功率变换技术通时，二极管反向恢复过程已经结束，因此二极管反向恢复问题亦不存在。di/dt和dv/dt的降低使得EMI问题得以解决。由此可见：软开关技术在改善功率器件开关条件方面效果明显，使化成为可能。近年来，对软开关技术的深入研究使电力电子变换器的设计发生了性的变化。软开关技术的应用使电力电子变换器具有更高的效率、更高的功率密度、更高的可靠性。正因为如此，软开关技术从理论一出现就显示出了蓬勃的生命力，受到各国*学者的广泛重视，至今仍是电力电子领域比较活跃的研究方向之一。
软开关的分类方法有很多，广义上的软开关可以分为借助电路控制信号的合理安排以实现软开关，泛称为控制型软开关电路；在电路中增设缓冲电路以实现软开关，泛称为缓冲型软开关电路；在直流侧或交流侧设置谐振电路以实现软开关，泛称谐振型软开关电路。而本书所指的狭义软开关变换器，从功率器件实现软开关的工作模式出发，可以分为QRC、零开关PWM变换器（Zero Switching PWM Converter）和零转换PWM变换器（Zero Trans-ition PWM Converter）；按照其实现软开关而采取的时间-比率控制方式，软开关技术可分为脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation，PFM）方式、PWM方式和移相（Phase Shifted，PS）控制方式。
在上述几种软开关技术中，PS控制方式由于不需要额外增加或增加很少的谐振元件及辅助开关，同时容易输出较大功率，因而在开关电源领域得到了非常广泛的应用。
（5）控制技术
在开关电源的控制技术中，常用的控制方式有电流型控制、多环控制、电荷控制及单周期控制，其中电流型控制、多环控制已得到较普遍应用；电荷控制及单周期控制使得开关电源动态性能有了很大的提高。下面将分别加以阐述。④具有良好的并联运行能力。
目前，随着电流型控制集成控制器的出现，电流型控制技术越来越多地被应用于实际的设计当中。电流型控制包括：峰值电流型控制和平均电流型控制。后者是在前者的基础上发展起来的，两者均为双环控制系统，即一个电压环和一个电流环。峰值电流型控制的特点在于：在电流环中，检测的只是开关电流的峰值，而无补偿环节。该控制方法仅适用于式电路。平均电流型控制在电流环中引入了一个高增益的电流误差放大器。电流误差放大器的同相端电压反映了参考电流的大小，检测到的电感电流经电阻变换网络，转换为电压信号送入电流误差放大器的反相端。平均电流型控制的优点是：
①选取合适电路参数，可保证控制电路的稳定性和快速调解电感电流，电感电流紧密跟踪网侧电压波形，用较小电感即可使谐波电流含量大大降低；
②不需斜率补偿，但为了保可靠工作，在一定开关频率下需有环路增益限制；
③抗噪能力强；
④对各种不同的电路拓扑均有良好的控制效果。
电流型控制适用于非线性负载。如果负载是线性的，则采用多环控制效果比较好，在多环反馈控制结构中，一般是将电容电流波形反馈环作为内环，电容电压波形反馈环作为外环，电容电压有效值反馈环作为较外环。
电荷控制技术是近年来提出的一种新型控制技术，其工作过程为：在**开关周期的开始处，用定频时钟开通功率级的有源开关，对开关电流取样和积分，当积分电容上的电压达到控制电压时，关闭功率开关，并同时开通另一辅助开关，使积分电容迅速放电，这一状态一直维持到出现下一个时钟脉冲。由于控制信号实际上为开关电流在下一个周期内的总电荷，因此通常称其为电荷控制；又因开关平均电流和开关电荷成正比，故又称其为开关电流平均值控制技术。在降压及升降压变换器中，开关电流即为输入电流，所以电荷控制技术是功率因数校正控制的合适技术，它既可使输入功率因数达到1，又可稳定输出电压，因此电荷控制技术作为一种新兴技术必将会得到迅猛发展和广泛应用。
开关变换器是脉动的非线性动态系统，这种系
开关电源设备的发展，往往受国家战略方针、市场需求、基础工业水平等多种因素的综合制约与影响。但我们有理由相信，其必将朝着“结构模块化、系统数字化、控制智
开关电源设备的标准化是指设备的产品型号、系列、电气性能和接口的标准化。其中接口的标准化包括：接口的物理结构、接线方式、连接电缆的长度、输出的路数、输入/输出电能形式、交流电的相数、电压等级、电压极性、接地规定、功率等级、频率及其他电性能指标，此外还包括应用软件、监控管理及与各种用电设备的匹配等相关内容的标准化。实现开关电源接口标准化的途径就是要综合不同的用户需求，有针对性地制定具体要求，并以法规的形式规范研制和生产。一般而言，实现开关电源设备的标准化含有使这类设备通用化的意思，因此开关电源设备走标准化的道路，是实现单一设备或其中单元的基本结构、功能和指标统一的一种途径，是力求减少产品品种并使其在功能和结构上通用的一种方法，是实现电源系统与单一设备之间、单一设备与其组成单元之间、电源系统与用户之间结构匹配协调的有效措施，可以使科研、生产和使用三者之间的关系更协调，从而使开关电源系统的效费比
（7）并联均流技术
开关电源系统通常需要若干个开关电源模块并联工作，以满足负载功率的需要。以通信系统供电为例，若需要48V/2000A的直流供电系统，一般要10个以上48V/200A的开关电源模块并联。在并联电源系统中，每个模块只处理较小功率，不但降低了应力，还可以应用冗余技术，提高系统的可靠性。
模块并联工作时，要求各个模块能够平均分担负载电流，即均分负载电流。并联均流的作用是使系统中的每个模块都能有效地输出功率，并使系统中各模块处于较佳工作状态，以
随着数字处理技术的发展成熟，其优点越来越明显：便于计算机软件控制，避免模拟信号传递过程中的波形畸变，抗干扰能力强；便于软件调试、遥感遥测、植入容错等技术。目
通常一个稳定的系统需要对输出变量采用闭环控制，以便在输入电压变化或负载电流变化时能及时调节，并具有期望的动态响应。传统的开关电源大都采用电压型控制，即只对输出电压采样，并作为反馈信号实现闭环控制，以稳定输出电压。在其控制过程中，电感电流未参与控制，是独立变量，开关变换器为二阶系统，有两个状态变量，即输出滤波电容的电压和输出滤波电感的电流。二阶系统是一个有条件的稳定系统，只有对误差放大器补偿网络进行精心设计和计算，才能保证系统稳定工作。开关电源的电流都要流经电感，将使滤波电容上的电压信号对电流信号产生90°延迟。因此，仅采用输出电压反馈的闭环控制，其稳压响应速度慢，稳定性差，甚至在大信号变化时会产生振荡，从而损坏功率器件。
电流型控制在保留了电压型控制的输出电压反馈的基础上，增加了电感电流反馈，而且这个电流反馈就作为PWM控制变换器的斜坡函数，从而不再需要锯齿波发生器，使系统的性能明显提高。由于反馈电感电流的变化率di/dt直接跟随输入电压和输出电压的变化而变化，系统稳定时电感电流的平均值正比于负载电流。电压反馈回路中，误差放大器的输出作为电流给定信号，与反馈的电感电流比较，直接控制功率开关通断的占空比，使功率开关的电流受电流给定信号的控制。电流型控制的优点是

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