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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。
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
脉冲电晕加氨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,高压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了广泛应用,利用强脉冲放电所产生的等离子体能够高密度储存能量并具有高膨胀效应,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
(2)逆变器(DC-AC) 它是将直流电转换成交流电的开关变换器,有的称其为变流器,是交流输出开关电源和不间断电源(UPS)的主要部件。
(3)开关整流器(AC-DC) 它是将交流电转换成直流电的一种电源装置,这种变换器其变换过程应该理解为交流—直流—交流—直流(AC-DC-AC-DC)。
(4)交流—交流变频器(AC-AC) 它是将一种频率的交流电直接转换成另一种恒频或可变频率的交流电,或是将变频交流电直接转换成恒频交流电的变换装置。
4.按输入与输出是否隔离分类
(1)隔离式开关变换器 它用高频变压器将变换器的一次侧(输入)与二次侧(输出)隔离。这种变换器结构主要有单端正激式变换器、单端反激式变换器、中心抽头式(推挽)变换器、半桥式变换器、全桥式变换器。
(2)非隔离式开关变换器 它在电气上输入与输出不隔离
IGBT的出现使得开关电源的容量不断增大,在许多中等容量范围内迅速取代了相控电源。在通信领域,早期的48V基础电源几乎都是采用的晶闸管相控电源,现在已逐步被开关电源所取代。电力系统的操作用直流电源以前也是采用晶闸管相控电源,目前开关电源已经成为其主流。此外,电焊机、电镀装置等传统的晶闸管相控电源的应用范围,也逐步被开关电源所蚕食。
如前所述,开关频率的提高可以使电源体积减小、重量减轻,但却使得开关损耗增大,电源效率降低。另外,开关频率的提高也使得电源的电磁干扰问题变得突出起来。为了解决这一问题,20世纪80年代出现了采用准谐波技术的零电压开关电路和零电流开关电路,这种技术被称为软开关技术。采用软开关技术,在理想情况下可使开关损耗降为零,提率,同时也使电磁干扰大大减小,因而也有助于进一步提高开关频率,使得电源进一步向体积小、重量轻、效率高、功率密度大的方向发展。经过近20年的发展,对于软开关技术的研究至今仍十分活跃,它也已经成为应用于各种电力电子电路的一项基础性技术。但是,迄今为止,软开关技术应用最为成功的领域仍然是开关电源领域。
以往的大容量蓄电池充电装置多用硅二极管和晶闸管整流电源。采用开关电源对蓄电池充电,不仅体积小、质量轻,可以实现计算机或单片机控制,充电参数更符合蓄电池接受率,充电效率高,能实现快速充电,而且可以提高蓄电池的使用寿命。作为蓄电池能量再生工具的开关电源充电机,具有很好的应用市场,尤其是给电动汽车电池充电。
8.在风能、太阳能发电中的应用
风能、太阳能是一种可再生能源,对于节约能源和减少环境污染具有重要意义。在风能、太阳能发电系统中应用到DC-DC和DC-AC开关变换器,因其体积小、质量轻、效率高、噪声低而备受青睐。
9.在电动机调速中的应用
全世界用电量中约有60%是通过电动机消耗掉的。如何使电动机工作在状态,具有重大的意义。开关电源变频器在该领域可以发挥重要作用。
10.在军事装备中的应用由于电导调制效应,正向PN结在流过较大正向电流时的压降很低,表现为正向导通状态。
当PN结外加反向电压时,外加电场与内电场方向相同,使空间电荷区加宽,少子的漂移运动大于多子的扩散运动,产生自N区至P区的电流,该电流被称为反向电流。由于少子的浓度很小,因此,此时的PN结表现为高阻态,被称为反向截止状态。
在PN结承受反向电压时,随着反向电压的升高,空间电荷区的宽度及电场强度的峰值均随之增加,此时若电场强度超过一定限度就会造成击穿。PN结的电击穿有两种形式:雪崩击穿和齐纳击穿。反向击穿发生时,只要外电路中采取了措施,将反向电流限制在一定范围内,保证PN结的耗散功率不超过允许值,PN结仍可恢复正常。如果超过了允许的耗散功率,就会导致PN结温度过高而烧毁,这种现象称为热击穿。称为开关器件。
随着半导体材料及技术的发展,新型电力电子器件不断推出,传统电力电子器件的性能也不断提高,这成为包括开关电源在内的各种电力电子装置的体积、效率等性能指标不断提高的重要因素。了解和掌握各种电力电子器件的特性和使用方法是正确设计开关电源的基础。
在开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。SCR在开关电源的输入整流电路及其软启动中有少量应用,GTR由于驱动较为困难、开关频率较低,也逐渐被IGBT和MOSFET所取代。因此这里将主要介绍二极管、IGBT和MOSFET的工作原理和主要参数。
MOSFET和IGBT是全控型器件,输入具有一定的容性,要使其工作于高速的开关状态,必须要有具有一定驱动能力的驱动电路,本章对这两种器件的驱动电路进行介绍
应用各种软开关技术,包括无源无损软开关技术、有源软开关技术及目前同步整流用MOSFET代替整流二极管都能大大地提高模块在低输出电压时的效率,而效率的提高使得敞开式无散热器的电源模块有了实现的可能。这类模块是当今世界模块潮流,必将得到广泛应用。随着器件性能的改变,电源效率将越来越高,目前,有的公司生产的电源模块的效率已经超过96%。
3.小型化、薄型化、轻量化、高频化
开关电源的体积、重量主要是由储能元件(磁性元件和电容)决定的,因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其存储元件的体积。在一定范围内,开关频率的提高,不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸,而且还能够抑制干扰,改善系统的动态性能。因此,高频化是开关电源的主要发展方向。
4.高可靠性
开关电源的寿命主要由电解电容、光耦合器及
正向压降随着耐压的上升迅速增大,因此目前其耐压多低于200V。基于上述特点,肖特基二极管多用于低压场合。器也有电流连续和断续两种工作方式。但与前三种变换器不同,这里
近年来,随着新型材料碳化硅(SiC)的发展,采用碳化硅制成的肖特基二极管的性能大幅度提高,其耐压已达到1200V,反向恢复特性显著优于常规的硅快恢复二极管,且漏电流很小,高耐压的碳化硅二极管正向通态压降与硅快恢复二极管基本相当。由于碳化硅二极管优良的反向恢复特性,使其在升压型PFC电路、高频整流电路等应用场合具有显著的优势。其缺点是目前的价格仍然较高。
2.2 电力MOSFET的虚线为电感电流临界连续的边界,虚线内部为电流断续区,虚线外面为电流连续区。在电流连续区,因忽略电力电子器件的通态压降和
电力MOSFET是近年来发展最快的全控型电力电子器件之一。它显著的特点是用栅极电压来控制漏极电流,因此所需驱动功率小、驱动电路简单;又由于是靠多数载流子导电,没有少数载流子导电所需的存储时间,是目前开关速度最快的电力电子器件,在小功率电力电子装置中应用最为广泛。
2.2.1 结构和工作原理
电力MOSFET与电子电路中应用的MOSFET类似,按导电沟道可分为P沟道和N沟道
(3)正向压降UF 指在指定温度下,流过某一指定的稳态正向电流时所对应的正向压降。正向压降越低表明其导通损耗越小。通常耐压低的二极管正向压降较低,普通整流二极管压降低于快恢复二极管。二极管的正向压降具有负温度系数,它随着温度的上升而略有下降。
(4)反向恢复电流IRP及反向恢复时间trr 由于二极管PN结中的空间电荷区存储电荷的影响,当给处于正向导通状态的二极管施加反压时,二极管不能立即转为截止状态,只有当存储电荷完全复合后,二极管才呈现高阻状态。这期间的电压电流波形这一过程称为二极管的反向恢复过程。反向恢复时间trr通常定义为从电流下降为零至反向电流衰减至反向恢复电流峰值的百分江西省西门子授权一级总代理
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