2015年高频开关电源行业技术水平和发展趋势【图】

    1、行业技术水平

    高频开关电源技术是一种综合了功率变换技术、自动控制技术、信息处理技术、通信技术、热设计、电磁兼容性设计、结构设计和制程控制等领域的交叉学科。从其输出特性上分为交流电源和直流电源两大类。从其技术发展过程来看，主要经历了线性电源、相控电源和开关电源三个发展阶段。相对于开关电源，相控电源的纹波大、谐波干扰大，稳压、稳流精度差，效率低、噪音大、体积大，监控系统不完善，难以满足综合自动化及无人值守变电站或发电厂的要求。高频开关电源具有稳压、稳流精度高、体积小、重量轻、效率高、输出纹波及谐波失真小、无噪音污染、自动化程度高等优点，从而取代了相控电源，成为了电源产品的发展方向。电源系统的设计理念也因此完成了从工频 1+1 主从备份到高频N+1 冗余备份的改变，大幅度提高了系统的可靠性和可扩展性，降低了系统成本。

    产业信息网《2015-2020年中国智能电网现状与产业前景研究报告》显示

    随着技术的发展，开关电源经历了从硬开关技术到软开关技术的转变。软开关技术已经成为功率变换技术的主流发展方向。软开关技术具有可靠性高、效率高、电磁干扰小等特点。目前软开关技术在高频开关电源中的应用已相当成熟，代表性的技术有相移软开关技术和谐振式软开关技术。相移软开关技术可实现一定负载范围内的软开关，但其在轻载时无法保证软开关，重载时存在占空比丢失现象。谐振式软开关技术可实现谐振电路主拓扑的软开关，但存在控制难度大、稳定性不足，难以实现产品化的缺点。“谐振电压控制型功率变换器”技术提供了一种以输出电压为外环，以谐振电压为内环的双环控制模式，实现了谐振式功率变换主拓扑的全程软开关，大幅提升了产品的转换效率、功率密度和可靠性。该技术的成功应用使得谐振式软开关电源产品在应用中稳定性、可靠性更高，引领了行业技术潮流。

    2、行业发展趋势

    （1）模块化、标准化

    模块化设计是高频开关电源的重要特色之一。它具有安装便捷、维护方便、系统可靠性高等特点。正是由于高频开关电源具备了轻巧、紧凑的模块化设计，才使得电力、通信的直流供电系统设计理念发生了革命性的变化，直流供电系统由原来的 1+1 主从备份转化为 N+1 冗余备份，大大降低了系统的成本，提高了系统的性能和可靠程度。模块化设计的直流供电系统扩容方便，可以轻松的将原系统的容量增加为原来的几倍甚至十几倍。模块化改变了不间断供电系统设计理念，提高了系统的电气性能、可靠性和智能化水平，降低了系统制造成本，直接促进了开关电源产品的技术升级和广泛应用。

    电源模块的标准化设计是为了使所有的产品具有统一性和可互换性。如今各个行业所出台的一些规范标准对电源的电气性能和防护等级等做出了统一的规范，使得电源生产企业逐步向着标准化的方向发展，但是对产品外观尺寸、安装方式、散热方式、接口定义、命名方式等并没有明确的标准，目前各家企业都有自己的执行标准，难以实现互换，造成了电源设备管理和维护的障碍，因此电源模块的标准化是业界的重要趋势之一。

    （2）高效率、高功率密度、低成本

    效率更高、重量更轻、尺寸更小、成本更低一直是电源产品的发展方向。高转换效率、高功率密度和先进的工艺不仅提高了产品品质，也可以降低产品的成本，达到节约材料、节约能源的目的。

    随着功率变换技术的发展，设计、制作工艺水平的提高，以及市场需求的推动，电源产品的功率密度逐步成为评价其竞争力的重要指标之一。从工频相控电源到高频开关电源，功率密度提高了数十倍，带来了小型化、轻量化和低成本等诸多优势，代表了该领域未来的发展方向。

    （3）智能化程度进一步提高

    电力操作电源系统智能化程度的提高主要包含两个方面。一方面是充电模块自身的智能化，另一方面是系统监控的智能化。

    充电模块的智能化主要体现在具备自我实时监测和记录功能，可进行故障检测、故障定位；可实现远程状态监测、远程故障检测、故障定位和故障排除；具备完善可靠的故障退出机制及自身监测系统冗余配置，提高了其工作的可靠性。 系统监控的智能化主要体现在对系统设备运行的环境状态、动力状态等进行实时监控并记录历史数据，实现对电力机房远程遥控管理功能，使电力行业机房监控达到无人或少人值守，为机房的高效管理和安全运营提供有力的保证。监控系统可分为前端采集处理、数据传输以及后台监控管理部分。三者有效的结合保证该系统能够实时、快速、准确地将设备现场的图像和数据回传到监控中心。

    （4）全数字化控制

    电源的控制已经由模拟控制、模数混合控制，进入到全数字控制阶段。全数字控制具有更强的抗干扰能力，可以更快速灵活的实现设计理念，缩短开发周期。数字芯片的一致性好，适合大规模生产。全数字化控制集成度越来越高，可以缩小控制电路的体积和功耗。数字化控制和数字化均流技术的普及有利于提高模块设计的标准化水平，促进标准化进程的发展。同时可大幅提高开关频率，提高产品的功率密度。全数字化控制可以实现在线编程，制作可编程电源满足不同用户的各种特殊需求等。全数字控制作为一个新的发展趋势，已经在许多功率变换设备中得到应用。

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