高压直流电源技术的发展现状及应用详细版.docx
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高压直流电源技术的发展现状及应用详细版
(安全管理范本系列)
高压直流电源技术的发展
现状及应用详细版
InOrderToSimplifyTheManagementProcessAndImproveTheManagementEfficiency,ItIs
NecessaryToMakeEffectiveUseOfProductionResourcesAndCarryOutProductionActivities.
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高压直流电源技术的发展现状及应
用详细版
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1高压直流电源的基本工作原理和应用
高压直流电源是将工频电网电能转变成特种形式
的高压电源的一种电子仪器设备,高压直流电源按输出电压极性可分为正极性和负极性两种。
高压直流电源已经广泛应用于各行各业,农业领域也有应用,例
如农业环境静电除尘,静电喷雾杀虫,农业物料静电喷涂包裏,农产品加工中的静电植绒、农业生物静电
效应硏究、静电杀菌、农业种子静电处理等等。
随着
农业科学技术的不断发展进步,农业科学硏究和农业
工程应用实践对高压静电电源的需求逐年増多,对其
精度、性能、规格、品种、类型、体积、智能化操作
等方面都提出了许多新的要求,现有的高压直流电源已经不能满足农业领域中的许多需要,硏究和开发适合农业领域要求的多种新型直流高压电源已经成为_种客观需求,而且其社会效益和经济效益都比较显著,市场前景比较光明。
回顾高压直流电源发展历史,高压直流电源最初
是将工频电压直接经高压变压器升压后整流滤波,或
升压后再倍压整流后得到高压的,其基本原理如图1
所示。
随着科学技术的发展,后来高压直流电源才发
展到了线性高压]
[流电源。
图]典型线形高压直流电源示意
2高压直流电源近年来的发展20世纪70年代世界电源史上发生了一场革
命,即20Hz的开关频率结合脉宽调制技术(PWM)在电源领域的应用。
到目前为止,电源的频率已经达到数百Hz,应用先进的准谐振技术甚至可以达到兆Hz水平。
提高振荡器输出频率可降低高压变压器、电抗器、平滑电容器、高压电容器等电子器件基本性能要求和结构体积,进而缩小高压电源体积。
高频化使高压电源体积大幅度的减小,轻巧便携,实用性和使用方便性明显得到改善。
近几年,随着电子电力技术的发展,新一代功率
器件,如MOSFET,IG盯等应用,高频逆变技术的
逐步成熟,出现了高压开关直流电源,同线性电源相比较高频开关电源的突出特点是:
效率高、体积小、重量轻、反应快、储能少、设计、制造周期短。
由于它的优越特性,现在已逐渐取代了传统的高压线性直流电源。
图2是高压开关直流电源示意图。
同图1相比
较,它采用了脉宽调制技术,PWM技术和BUCK变换器结合以及PWM技术和逆变器技术结合,实现了高压开关直流电源输出电压稳压和输出电流的限流功能。
图2典型开关高压直流电源示意
目前,世界各国正在大力研制开发新型高压高频电源,包含新的电源理论、新型模块化电路、新型电子器件等,以满足电子设备小型化、高效化和高性能化的时代发展要求。
3高压直流电源发展中的问题和难点
随着新的电子元器件、新的电磁材料、新的电源变换技术、新的控制理论及新的专业软件的不断涌现,并不断地被应用于开关电源,使得开关电源的性能不断提高,特点不断更新,出现了如频率高、效率高、功率密度高、可靠性高等新特性。
现代的高压开关直流电源有两大技术特别突出。
⑴关键功率新部件的应用:
1快速转换器件,像晶体管、功率MOSFETS.
IGBTS、SCRS等;
2低功耗、高性能,适用于高频的新型变压器铁心材料的应用,比如铁氧体、非晶材料等;
3低耗散因素的大容量电容的发展和应用;
4低前向电压降的快速整流器应用等。
⑵先进变换技术的发展:
1零电流串联和并联谐振开关技术(即ZCS);
2零电压LCC谐振逆变技术(即ZVS);
3软开关和相控谐振技术;
4正反激励和推挽逆变器技术。
(3)伴随着高新技术的逐步应用,新的技术问题也随之出现,主要表现在高频化可以提高电源性能,减少变压器的体积和纹波系数。
但由于高频高压变压器是高频高压并存,出现了新的技术难点:
1高频高压变压器体积减小,频率升高,分布容抗变小,绝缘问题异常突出;
2大的电压变化比使变压器的非线性严重化,漏感和分布电容都增加,使其必须与逆变开关隔离,否则尖峰脉冲会影响到逆变电路的正常工作,甚至会击穿功率器件;
3高频化导致变压器的趋肤效应増强,使变压器效率降低。
鉴于上述情况,高频高压变压器如何设计是目前硏究的一个难点和热点问题。
最近出现的平面变压器在设计理念上不同于传统的设计方式,昔通平面变压器已经投入生产和应用,如果高频高压变压器也能平面化,将会再次大大缩小电源体积,提高其工作效
率。
(4)由于高压电源的频率很高,导致功率开关器件开断频繁,能耗增大,这就对逆变器的拓扑结构应有所选择。
采用软开关和同步整流技术,可有效降低伴随高频化带来的损耗。
同时采用逆变器和准谐振电路相结合的技术,通过电压或电流的谐振,使开关打开或断开时电压或电流为零,使能耗大大减小。
为了减少变压器漏感的不利影响,可以将变压器漏感作为逆变器的一部分,即逆变一谐振一变压器漏感,用一体化思想进行整体设计。
(5)在控制检测部分,高频高压开关电源采用了数字集成电路(IC),而不像线性电源完全是模拟电路。
开关电源以模拟方式控制输出电压,以数字方式进行开关操作,高精度而稳定地输出电压。
采用数字控制技术,可进行连续和不连续模式的转换,采用
PWM(脉宽调制技术)和PFM(频率调制技术),和DC-DC(直流--直流)变换器、逆变器等技术,出现了强电弱电间的相互影响加强。
检测部位的高压电压(近10kV),对后续的电子元器件(精密电阻等)提出了更高的性能要求。
4国内外高压直流电源发展的简单现状
目前,国外高压开关直流电源比较成熟,像
Spellman、Classman等高压电源公司已生产出小型化、高效化、智能化的高压直流电源,然而价格比较昂贵,国内直流高压开关电源硏究起步较晚z与先进国家相比有较大差距。
尤其在高频、高性能直流高压开关电源方面,国内还没有形成批量生产能力z国内厂商,比如大连电源技术有限公司、河南舞钢规划设计硏究所等生产的高压直流电源,价格均在数万元以上,相对农业应用而言还是比较昂贵的。
目前在农
业领域中,迫切需要物美价廉,能满足多种不同工况
要求的多规格、
多品种、系列化的咼质量、咼性能的
咼压直流电源。
5结束语
我国是一个农业大国,农业生产领域需要的科学
技术非常之多,有些领域对高压直流电源技术的需要
十分迫切,但目前能适合农业领域要求的高压]
[流电
源很少,针对农业领域的具体情况,硏究开发多种高
压直流电源具有较强的现实意义,也蕴藏着很大的商机。
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