1、 河北科技師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）文獻(xiàn)綜述3KVA可調(diào)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)院（系、部）名 稱 ： 專 業(yè) 名 稱： 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 生 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 年 月 日河北科技師范學(xué)院教務(wù)處制3KVA直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)作者:指導(dǎo)教師:河北科技師范學(xué)院機(jī)械電子系摘要：該文介紹了電力電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用以及電源技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了電源穩(wěn)定的問(wèn)題，總結(jié)出電源不穩(wěn)定的因素，利用電力電子技術(shù)等相關(guān)知識(shí)提出解決該問(wèn)題的方法途徑，進(jìn)而對(duì)穩(wěn)壓電源進(jìn)行分類。關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；電源；穩(wěn)壓電源；晶閘管；1電力電子技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用國(guó)際上以1957年美國(guó)GE公司研制出第一個(gè)晶閘管(SCR)作為電力電子

2、技術(shù)問(wèn)世的標(biāo)致1。最早的變流技術(shù)是機(jī)械整流器，1902年水銀整流器的誕生開(kāi)辟了旋轉(zhuǎn)變流器新時(shí)代。水銀整流器在電化學(xué)、電氣牽引，特別是在靜止“倫納德”等方面應(yīng)用，開(kāi)創(chuàng)了橋式整流電路、循環(huán)變流電路、自勵(lì)式逆變電路、交流間接變換電路等變流技術(shù)，為電力電子技術(shù)打下了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。第一代電力電子技術(shù)是在二十世紀(jì)50年代以硅整流管、晶閘管為代表的功率半導(dǎo)體器件，電路以相控電路為主，控制以相控和模擬控制為主1。第二代電力電子技術(shù)是60年代末70年代初以GTO、GTR、MOSFET等為代表的自關(guān)斷電力半導(dǎo)體器件。第三代電力電子技術(shù)是80年代開(kāi)發(fā)的雙機(jī)理復(fù)合功率半導(dǎo)體器件IGBT、IGT、MCT等為代表電力半

3、導(dǎo)體器件。第四代電力電子技術(shù)將是智能化時(shí)代，它以功率集成電路(PIC)為代表，分為高壓集成電路(HVIC)及智能功率集成電路(SPIC)兩大類。電力電子裝置的主要應(yīng)用領(lǐng)域大致分為：1)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用：電力電子技術(shù)已廣泛地應(yīng)用在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、直流輸電、無(wú)功補(bǔ)償?shù)入娏︻I(lǐng)域，特別是二十世紀(jì)80年代后期發(fā)展起來(lái)的靈活(柔性)交流輸電系統(tǒng)(FACTS)非常引人注目。FACTS的電力電子成套裝置包括晶閘管串聯(lián)補(bǔ)償器(TCSC)、動(dòng)態(tài)靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)、靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)、晶閘管制動(dòng)裝置(TCDB) 2,綜合潮流控制器(UPFC)、晶閘管移相器(TCPS)等，近年來(lái)，在揚(yáng)水電站、超導(dǎo)貯能、新能

4、源等方面的電力電子應(yīng)用都有了新的發(fā)展。2)各種電源：化工電解電源、焊接機(jī)電源、電弧爐電源、中頻電源、各種恒壓恒頻或變壓變頻電源、不停電電源、電車或地鐵變電所電源、臭氧發(fā)生電源和充電電源等。3)電機(jī)車和汽車：電力機(jī)車目前正由傳統(tǒng)的直流電機(jī)傳動(dòng)(DC motor driver)向交流電機(jī)傳動(dòng)(AC motor driver)過(guò)渡。硅器件多采用GTO，但是，最近由于IGBT的大容量和高電壓的發(fā)展，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出以IGBT為電機(jī)車主傳動(dòng)的裝置。在汽車工業(yè)，電力電子是汽車電子化的不可缺少的重要部分。它廣泛地應(yīng)用在汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)控制、交流發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)、牽引和制動(dòng)控制、驅(qū)動(dòng)器、點(diǎn)火器、電泳、空氣囊、

5、空調(diào)和音響等方面。在電動(dòng)汽車中電力電子更占重要地位。電動(dòng)汽車分為直流電機(jī)配斬波器和交流電機(jī)配逆變器兩種，因此，控制方式分為斬波器控制、變頻器控制和發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制。4)開(kāi)關(guān)用裝置：各種交直流無(wú)接點(diǎn)開(kāi)關(guān)、固態(tài)繼電器、接觸器等,電源中的調(diào)功器也可屬于這一類。5)電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置：包括直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)和交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。6)信息、通訊：計(jì)算機(jī)、通訊領(lǐng)域?qū)﹄娫匆蟮目煽啃院芨摺Ｒ虼耍_(kāi)關(guān)電源和UPS的應(yīng)用也日益廣泛。目前，由于智能MOSFET、IPM和Smart Power等的發(fā)展，大大提高了UPS和開(kāi)關(guān)電源的性能。7)機(jī)電一體化、數(shù)控日用電器和辦公自動(dòng)化：電力電子在日用電器和辦公自動(dòng)化中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛

6、。由于逆變器的集成化3，使空調(diào)、洗衣機(jī)、微波爐、電冰箱、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、手機(jī)等上升到一個(gè)新的檔次。變頻空調(diào)、變頻電冰箱已經(jīng)開(kāi)始取代傳統(tǒng)的空調(diào)和電冰箱。2電力電子與電源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀電力電子技術(shù)已發(fā)展成為一門完整的、自成體系的高科技技術(shù)，電源技術(shù)屬于電力電子技術(shù)的范疇。電源技術(shù)主要是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)的，信息技術(shù)的發(fā)展又對(duì)電源技術(shù)提出了更高的要求，從而促進(jìn)了電源技術(shù)的發(fā)展，兩者相輔相成才有了現(xiàn)今蓬勃發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè)和電源產(chǎn)業(yè)。從日常生活到最尖端的科學(xué)都離不開(kāi)電源技術(shù)的參與和支持，而電源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)對(duì)提高一個(gè)國(guó)家勞動(dòng)生產(chǎn)率的水平，即提高一個(gè)國(guó)家單位能耗的產(chǎn)出水平，具有舉足輕重的作用。在這方面我國(guó)與世界先進(jìn)國(guó)

7、家的差距很大，作為一個(gè)電源設(shè)計(jì)者，不僅應(yīng)該完成當(dāng)前的本職工作，還必須通過(guò)各種信息渠道及時(shí)掌握電源技術(shù)最新發(fā)展方向與相關(guān)的元器件、原材料的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的薄膜工藝、厚膜工藝、集成化工藝等。只有這樣才能設(shè)計(jì)出功能齊備、性能優(yōu)良的電源產(chǎn)品。電源設(shè)備用以實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞，是一種技術(shù)含量高、知識(shí)面寬、更新?lián)Q代快的產(chǎn)品。電力電子技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了電源技術(shù)的發(fā)展，而電源技術(shù)的發(fā)展有效地促進(jìn)了電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。迄今為止電源已成為非常重要的基礎(chǔ)科技和產(chǎn)業(yè)，并廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，其發(fā)展趨勢(shì)為高頻、高效、高密度化、低壓、大電流化和多元化。同時(shí)，封裝結(jié)構(gòu)、外形尺寸日趨國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化，以適應(yīng)全球一體化市場(chǎng)的要求。

8、電源是位于市電（單相或三相）與負(fù)載之間，向負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備, 是工業(yè)的基礎(chǔ)。電源技術(shù)是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)又與現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)。目前電源技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門多學(xué)科互相滲透的綜合性技術(shù)學(xué)科。他對(duì)現(xiàn)代通訊、電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力工程、國(guó)防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、高可靠性的電源起著關(guān)鍵作用。 當(dāng)代許多高新技術(shù)均與市電的電壓、電流、頻率、相位、和波形等基本參數(shù)的變換和控制相關(guān)，電源技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這些參數(shù)的精確控制和高效率的處

9、理，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)大功率電能的頻率變換，從而為多項(xiàng)高新技術(shù)的發(fā)展提供有力的支持。因此，電源技術(shù)不但本身是一項(xiàng)高新技術(shù)，而且還是其他多項(xiàng)高新技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。電源技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展必將為大幅度節(jié)約電能、降低材料消耗以及提高生產(chǎn)效率提供重要的手段，并為現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。 由上述可見(jiàn)，電源技術(shù)的創(chuàng)新，促進(jìn)電源技術(shù)迅速發(fā)展，將為生產(chǎn)和科技進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)。可以預(yù)言，電源技術(shù)和電源設(shè)備將成為新世紀(jì)的主導(dǎo)技術(shù)和主流產(chǎn)品。2.1電源穩(wěn)定問(wèn)題的提出許多電子設(shè)備都需要良好穩(wěn)定的直流供電電源，而外部提供的能源大多為交流電網(wǎng)電源，通常是通過(guò)火力發(fā)電、水利發(fā)電、核子發(fā)電及風(fēng)力發(fā)電獲得的。直流電源

10、設(shè)備擔(dān)負(fù)著把交流電源轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備所需的各種類別直流電源的任務(wù)。轉(zhuǎn)換后的直流電源要具有良好的穩(wěn)定性，當(dāng)電網(wǎng)或負(fù)載變化時(shí)，它能保持穩(wěn)定的輸出電壓，并具有較低的紋波。我們通常稱這種直流電源為直流穩(wěn)壓電源4。說(shuō)到穩(wěn)壓?jiǎn)栴}可以追溯到上一個(gè)世紀(jì)愛(ài)迪生發(fā)明電燈時(shí)，就曾考慮過(guò)穩(wěn)壓電源。到二十世紀(jì)初，就有了鐵磁穩(wěn)壓電源。電子管問(wèn)世不久，就有人設(shè)計(jì)了電子管直流穩(wěn)壓電源。到四十年代后期，電子器件與磁飽和元件相結(jié)合，構(gòu)成了電子控制的磁飽和交流穩(wěn)壓電源，至今還在應(yīng)用。五十年代，隨著半導(dǎo)體工業(yè)的飛躍發(fā)展，晶體管的誕生使晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源，成了穩(wěn)壓電源的核心，這種局面一直維持到六十年代中期。隨著電子設(shè)備的進(jìn)步，電子設(shè)

11、備開(kāi)始從分立元件進(jìn)入集成電路時(shí)代，體積日益減小，裝機(jī)密度不斷提高，規(guī)模容量逐漸增大。這種晶體管串聯(lián)型常規(guī)電源難以滿足形勢(shì)發(fā)展的趨勢(shì)日益顯露。六十年代后期，科技工作者對(duì)穩(wěn)壓電源技術(shù)做了一次新的總結(jié)，使開(kāi)關(guān)電源，可控硅電源得到了快速發(fā)展。與此同時(shí)，將穩(wěn)壓電源的大部分元器件都集成在一塊硅基片上的集成穩(wěn)壓電源也不斷發(fā)展。2.2電壓不穩(wěn)定的因素電源是電子設(shè)備的重要部分，其質(zhì)量好壞直接影響著電子設(shè)備的可靠性，而且電子設(shè)備的故障60%來(lái)自電源。因此電源越來(lái)越受到人們的重視。電子電路及電子設(shè)備對(duì)電源最基本的要求就是電源的輸出電壓或輸出電流要穩(wěn)定。穩(wěn)壓電源的輸出電壓不是絕對(duì)不變的，只是變化很小。從穩(wěn)壓電路的原理

12、分析，最主要的引起輸出電壓變化的因素有兩個(gè)：一是輸入電壓的變化引起的輸出電壓的變化；另一個(gè)是輸出電流的變化(由于負(fù)載變化)引起輸出電壓的變化。輸出電壓的變化很微小，但正是這個(gè)微小的變化經(jīng)放大后才能反饋去抵消原有的大部分變化5。一般來(lái)說(shuō)，穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)首先要考慮輸入電壓和負(fù)載這兩個(gè)因素。或者說(shuō)，首先要“抵制”的是這兩個(gè)因素引起的輸出電壓變化;也就是穩(wěn)壓電源穩(wěn)定電壓的能力首先要看輸入電壓的變化和負(fù)載變化引起的輸出電壓的變化被限制到多小的程度。當(dāng)人為地保持輸入電壓和負(fù)載不變時(shí)，輸出電壓仍有變化。引起這種變化的因素很多，其中最主要的是溫度的變化，電路要工作起來(lái)，元器件上就有電流通過(guò)，就要消耗功率，引起

13、溫升。取樣電阻和基準(zhǔn)源溫度的變化對(duì)輸出電壓的影響更大。2.3穩(wěn)壓電源的分類現(xiàn)代應(yīng)用的穩(wěn)壓電源的種類比較多，分類方式也很多。按穩(wěn)定對(duì)象分有交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源。是交流還是直流要看穩(wěn)壓電源的輸出電壓是交流還是直流。按穩(wěn)定方式分，有參數(shù)穩(wěn)壓電源和反饋調(diào)整穩(wěn)壓電源。參數(shù)穩(wěn)壓電源電路簡(jiǎn)單，利用元件的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單。比如，用一只電阻和一只可控硅穩(wěn)壓管就能構(gòu)成參數(shù)穩(wěn)壓電源。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源是一個(gè)負(fù)反饋閉環(huán)自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)，它根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓的變化量，經(jīng)過(guò)取樣、比較放大、再反饋給控制調(diào)整元件5，使輸出電壓得到補(bǔ)償而趨于原值，從而達(dá)到穩(wěn)定。此電路較復(fù)雜，但穩(wěn)定度高。按穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)

14、載的聯(lián)接方式來(lái)分類，可以分為并聯(lián)穩(wěn)壓電源和串聯(lián)穩(wěn)壓電源兩種。調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)的叫并聯(lián)穩(wěn)壓電源或分流穩(wěn)壓電源，它通過(guò)改變調(diào)整管元件流過(guò)的電流的多少來(lái)適應(yīng)輸入電網(wǎng)電壓的變化及負(fù)載電流的變化，以保持輸出電壓的穩(wěn)定。調(diào)整元件與負(fù)載串聯(lián)的穩(wěn)壓電源叫做串聯(lián)穩(wěn)壓電源。在這種穩(wěn)壓電源中，調(diào)整元件串聯(lián)在輸入端和輸出端之間，輸出電壓就依靠調(diào)整元件改變自身的等效電阻來(lái)維持恒定。按調(diào)整元件分，有輝光放電管穩(wěn)壓電源，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源，電子管穩(wěn)壓電源，晶體管穩(wěn)壓電源，6可控硅穩(wěn)壓電源等。按調(diào)整元件的工作狀態(tài)分，有線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。根據(jù)需要，還可以有其他分類方法，例如集成電極輸出型、發(fā)射極輸出型;高壓、低壓;通用

15、、專用等7。常用的可控型器件的主要性能:普通晶閘管（SCR）4500A/12000V，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)240A/500V,絕緣柵雙極晶體管(IGBT)1200A/3300V，門極可關(guān)斷晶閘管(GTO）6000A/6000V，其中MOSFET只能用于較小功率(100KW)的場(chǎng)合；GTO高阻斷電壓大通態(tài)電流是其主要特點(diǎn)，但它的關(guān)斷功率損耗大，關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)(幾十微秒)，在串聯(lián)或并聯(lián)使用中需配備龐大的緩沖電路和門極驅(qū)動(dòng)電路，可靠性不理想，因此在大功率使用時(shí)受到很大限制；IGBT由于自身的特點(diǎn)主要用于中功率(100KW-1MW)場(chǎng)合中。如果用于大電流整流電源中，只能采用多只并聯(lián)的方

16、式，且由于器件本身造價(jià)昂貴，所以大電流整流裝置中基本采用普通晶閘管。參考文獻(xiàn)1 孫和平，單片微機(jī)原理與接口技術(shù),冶金工業(yè)出版社.2003.2 張立,趙永健.現(xiàn)代電力電子技術(shù)一器件、電路及應(yīng)用，北京:科學(xué)出版社.1992.3 周志敏,周紀(jì)海,紀(jì)愛(ài)華.逆變電源使用技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.中國(guó)電力出版社.2000.4 吳潤(rùn)宇，軒蔭華，苗銀梅，周功楷.實(shí)用穩(wěn)定電源. 北京:人民郵電出版社.1994.5 方承遠(yuǎn).工廠電氣控制技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000.106 陳國(guó)呈.新型電力電子技術(shù)變換技術(shù)M. 中國(guó)電力出版社，2004.97 王炳勛主.電工實(shí)習(xí)教程M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1999.93KVA regulation of the DC power supplyAuthor:GuidanceTeacher: Dept. of E&M， HeBei Normal University of Science & TechnenolgyAbstract: This paper introduces the development and application of power electronic technology and