高频开关电源的应用与发展

1、高频电源工作系统方框图

高频开关电源一般是先将交流电直接经二极管整流、滤波成直流电，再经过开关电源变换成高频交流电，通过高频变压器变压隔离后，由快速恢复二极管高频整流、电感电容滤波后输出，见图1。

2.高频开关电源技术经济指标

理论分析和实践经验表明，电器产品的体积重量与其供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz时，用电设备的体积重量大体上降至工频设计的(5～10)%。这正是开关电源实现变频带来明显效益的基本原因。逆变或整流焊机、通讯电源用浮充电源的开关式整流器，都是基于这一原理。

那么，以同样的原理对传统的电镀、电解、电加工、浮充、电力合闸等各种直流电源加以类似的改造，使之更新换代为“开关变换类电源”，其主要材料可以节约90%或更高，还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高，促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化，既可带来显著节能、节材的经济效益，更可体现技术含量的价值。

3.设计模块化、自由组合扩容互为备用——提高安全系数

模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性，而把相关的部分做成模块。

把开关器件的驱动、保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块(IPM)，这既缩小了整机的体积，又方便了整机设计和制造。

多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。这样，不但提高了功率容量，在器件容量有限的情况下满足了大电流输出的要求，而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块，便极大地提高了系统可靠性，即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供了充分的时间。

4.高频开关电源产品规格

高频开关电源产品规格见附表1、附表2所示。

以上产品重量仅为传统产品重量的1/5～1/8。

5.国内外IGBT逆变焊机的发展情况

IGBT逆变焊机具有动态特性好、体积小、重量轻、高效节能、节材、有利于焊接自动化等优点。从70年代起，就受到国内外焊机界的高度重视。当今，许多工业国家，如美国、西欧等把“绝缘栅双极型晶体管”(IGBT)运用到焊机上，其各项指标均优于其他类型焊机，已形成规模，并占领了市场，成为焊机的发展方向。目前，我国进口的焊机，大多是这种焊机。

根据有关统计，近年来我国每年的焊机销量以大约40%的速度递增，同时有关部门已决定淘汰老式焊机，IGBT逆变焊机以其优点，成为用户更新换代的首选产品。

5.1原理框图

图2

5.2原理说明

380(220)V交流电，经全桥整流成直流电源;通过IGBT逆变器，形成20kHz的高频矩形波;再由高频变压器降压到几十伏通过快速恢复二极管整流、滤波成为直流焊接电源。