當(dāng)今電源產(chǎn)業(yè)及電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

4 一流電源產(chǎn)品離不開先進(jìn)的元器件及先進(jìn)的工藝

4.1 功率器件的發(fā)展是電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)

功率MOSFET是目前最快速度的功率器件。目前較先進(jìn)的水平電壓可達(dá)1200V，電流可達(dá)60A，頻率可達(dá)2MHz，導(dǎo)通電阻可達(dá)0.1Ω左右。提高器件耐壓，同時(shí)減小其導(dǎo)通電阻仍是今后MOSFET的主要研究方向。

絕緣柵雙極型晶體管IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的電力電子器件，它的控制極為絕緣柵控場(chǎng)效應(yīng)晶體管，輸出極為PNP雙極功率晶體管，因而具有兩者的優(yōu)點(diǎn)，而克服了兩者的缺點(diǎn)。目前耐壓可達(dá)6.5kV，電流可達(dá)1.2kA，今后的主攻方向仍是擴(kuò)大容量，減小內(nèi)阻，以減小導(dǎo)通損耗。由于IGBT經(jīng)常工作在高頻、高壓、大電流狀態(tài)下，又由于電源作為系統(tǒng)的前級(jí)，易受電網(wǎng)波動(dòng)、雷擊影響，容易損壞，故IGBT的可靠性直接影響電源可靠性，所以，在選擇IGBT時(shí)，除作降額考慮外，對(duì)IGBT的保護(hù)設(shè)計(jì)也極為重要。

IGCT是GTO的更新?lián)Q代產(chǎn)品，它應(yīng)用了分布集成門極驅(qū)動(dòng)，淺層發(fā)射極等技術(shù)。器件的開關(guān)速度有一定提高，同時(shí)減少了門極驅(qū)動(dòng)的功率，應(yīng)用方便，IGCT的出路仍然是高電壓、大容量。

4.2 變壓器與磁性元件

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和成熟，人們逐漸認(rèn)識(shí)到磁性元件不僅是電源中的功能元件，同時(shí)其體積、重量、損耗在整機(jī)中也占相當(dāng)比例。據(jù)統(tǒng)計(jì)，磁性元件的重量一般是變換器總重量的30％～40％，體積占總體積的20％～30％，對(duì)于模塊化設(shè)計(jì)的高頻電源，磁性元件的體積、重量所占的比例還會(huì)更高。另外，磁性元件還是影響電源輸出動(dòng)態(tài)性能和輸出紋波的一個(gè)重要因素。因此，要提高電源的功率密度、效率和輸出品質(zhì)，就應(yīng)對(duì)減小磁性元件的體積、重量及損耗的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究，以滿足電源發(fā)展的需要。

對(duì)于低、中頻電源的變壓器，建議采用R型變壓器，其特點(diǎn)是損耗低，體積小，無噪聲，抗干擾能力強(qiáng)。目前發(fā)展?fàn)顩r是單相功率范圍已擴(kuò)展到1VA～100kVA，三相功率范圍已擴(kuò)展到315kVA。未來主攻的方向是設(shè)法克服應(yīng)用中沖擊電流比較大的缺點(diǎn)。

對(duì)于高頻變壓器，主要用于各種形式的開關(guān)電源，頻率為20kHz～500kHz，功率可做到數(shù)十kW，所用材料主要是非晶、微晶、超微晶、軟磁鐵氧體材料。當(dāng)變壓器工作頻率大于700kHz時(shí)，變壓器中的渦流損耗將急劇增加，約占總損耗的80％，為減小其損耗，必須在功率鐵氧體材料中加納米添加劑，從而出現(xiàn)了用納米晶軟磁合金和納米晶磁材制成的各種變壓器。當(dāng)前比較好的有日本TDK公司、FDK公司所提供的高頻磁芯和德國(guó)VAC公司所推出的超微晶磁材，這種磁材具有非常高的初始導(dǎo)磁率，一般高達(dá)幾萬，而材料所使用的頻率為300kHz～1MHz，中心頻率為500kHz。

目前，磁性材料最高工作頻率可達(dá)1.5MHz，這就是我國(guó)浙江天通公司所研制的MnZn鐵氧體TP5A材料。以上這些材料所制成的變壓器有貼片式變壓器、印制焊接式變壓器、變壓器模塊、各種形式的分體式變壓器、插入式變壓器、PCB平面變壓器及多層線路板平面變壓器。而平面多層變壓器，目前佩頓公司已能提供功率為5～25kW，頻率為50kHz到2MHz的一系列PM產(chǎn)品，預(yù)計(jì)最近幾年電源變壓器需求旺盛，已成為迅速發(fā)展的熱門產(chǎn)品，而電子變壓器未來發(fā)展的目標(biāo)是輕量、高效、高密度化，電源變壓器發(fā)展的目標(biāo)是表面安裝、高功率和高壓化。

4.3 磁集成技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

所謂磁集成技術(shù)，就是將變換器中的兩個(gè)或多個(gè)分立磁體繞制在一副磁芯中，從結(jié)構(gòu)上集中在一起。集中后的磁件擬稱為集成磁件，通過一定的耦合方式，合理的參數(shù)設(shè)計(jì)，能有效地減小磁體的體積和損耗。在一定應(yīng)用場(chǎng)合，還可以減小電源輸出紋波，提高電源輸出的動(dòng)態(tài)性能。另外，磁集成技術(shù)明顯能減小連接端，可有效地減少大電流場(chǎng)合端子的損耗。

集成技術(shù)的發(fā)展歷史已有70余年，目前已能實(shí)現(xiàn)電感與電感集成，電感與變壓器集成，并廣泛地應(yīng)用于電壓調(diào)整模塊、功率因數(shù)校正、諧振變換器等場(chǎng)合，隨著未來電源的發(fā)展，新型磁性材料和磁芯將不斷涌現(xiàn)，勢(shì)必對(duì)磁集成技術(shù)提出更高要求，所以，此技術(shù)今后的主攻方向仍然是進(jìn)一步拓寬磁集成技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)大應(yīng)用場(chǎng)合，不斷研究適用于新的磁性材料與磁芯結(jié)構(gòu)的磁集成技術(shù)，為電源縮體，減重做貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語

由于文章篇幅有限，僅談上述幾點(diǎn)，供同行參考，不妥之處，請(qǐng)指正。