开关电源的发展

开关电源的发展（11篇）

1.开关电源的发展 篇一

开关电源产业发展分析

从我国开关电源的发展过程可以了解国际开关电源发展的一个侧面，虽然一般说来，我国技术发展水平与国际先进水平平均有5～10年差距。70年代起，我同在黑白电视机，中小型计算机中开始应用5V，20-200A，20kHZ AC－ DC开关电源。80年代进入大规模生产和广泛应用阶段，并开发研究0.5～5MHz准谐振型软开关电源。80年代中，我国通信（如程注交换机）电源在AC－DC及DC－DC开关电源应用领域中所六比重还比较低。80年代末我国通信电源大规模更新换代，传统的铁磁稳压-整流电源和晶闸管（Thyristor，原称可控硅元件）相控稳压电源为大功率（48V，6kw）AC－DC开关电源（通信系统中常称为开关型整流器SMR）所持代；并开始在办公室自动化设备中得到应用。工业应用方面，在锅炉火焰控制，继电保护，激光，彩色TV，离子管灯丝发射电流调节，离子注射机，卤钨灯控制等系统中均有应用。

90年代我国又研制开发了一批新型专用非关电源，典型例子如下： 1.卫星开关电源。东方红三号通信卫星、风云一号、二号气象卫星均应用了开关电源。特点是：多路输出，不可维修性，要求长期不改变性能，设置冗余模块，可靠性高，EMC 满足空间环境条件，高效，轻小。2远程火箭控制系统的DC－DC开关电源，要求发射过程中高度可靠。3 1000kW牵引变流器4500V／1200A GTO门控250W开关电源。4 40kW固体脉冲激光器的软开关电源。用4台10kw全桥多谐振ZVS变换器并联。5．焊机用双IGBT管正激车电压转换一脉定调制（ZVT－PWM）软开关电源。输出20kW，500A，开关频率40kHZ，效率92％。特点是负载大范围变化频繁，工作环境恶劣。要求电源冲击电流小，动态特性好，无过冲，负载个影响软开关性质。6.变电所在流操作系统开关电源。供继电保护和自动装置及蓄电池充电用。代替晶闸管调压系统，输出10A，180～286V。主开关管用IGBT或功率MOSFET。

7.单相和三相高功率因数整流器（有源功率同数校正器）。

可以看出20一30年中，我国开关电源的应用领域和技术性能有很大进展，这与因家基础工业和国力增强有密切关系，也和国际先进开关电源技术影响有关。充分显示了中国电源技术人员的聪明才智和艰苦奋斗的创业精神。90年代，中小型（500W以下）AC－DC和DC-DC开关电源的特点是：高频化（开关频率达300－400kHZ）以达到高功率密度，体小量轻；力求高效和高可靠；低成本；低输出电压（≤3V；AC输入端高功率同数等。在今后5年内仍然将沿这些方向发展。

主要技术标志从技术上看，几十年来推动开关电源性能和技术水平不断提高的本要标志是：

1.新型高频功率半导体器件的开发使实现开关电源高频化有了可能。如功率MOSFET和IGBT已完全可代替功率晶体管和晶闸管，从而使中小型开关电源下作频率可达到400kHZ（AC－DC）和1MHZ（DC-DC）的水平。超快恢复功率二极管，MOSF ET问步整流技术的开发也为高效低电压输出（例如3V）开关电源的研制有了可能。现正在探索研制耐高温的高性能碳化砖功率来导体器件。

2.软开关技术使高效率高频开关变换器的实现有了可能。PWM开关电源按硬开关模式工作（开／关过程中电压卜降／上升和电流上升／下降波形有交叠），因而开关损耗大。开关电源高频化可以缩小体积重量，但开关损耗却更大了（功耗与频率成正比）。为此必须研究开关电比／电流波形个交更的技术，即所谓零电压（ZVS）／本电流（ZCS）开关技术，或称软开关技术（相对于PWM硬开关技术而言），小功率软开关电源效率可提高到80一85％。70年代谐报开关电源奠定了软开关技术的基础。以后新的软开关技术不断涌现，如准谐振（80年代中）全桥移相ZVS－PWM，恒频ZVS－PWM／ZCS－PWM（80年代末）ZVS －PWM有源钳位；ZVT－PWM／ZCT-PWM（90年代初）全桥移相 ZV－ZCS－PWM（90年代中）等。我国已将最新软开关技术应用于6Kw通信电源中，效率达93%。

3.控制技术研究的进展。如电流型控制及多环控制，电荷控制，一周期控制，功率因数控制，DSP控制；及相应专用集成控制芯片的研制成功等，使开关电源动态性能有很大提高，电路也大幅度简化。

4.有源功率团数校正技术（APFC）的开发，提高了AC－DC开关电源功率因数。由于输入端有整流一电容元件，AC－DC开关电源及一大类整流电源供电的电子设备（如逆变器，UPS）等的电网测功率团数仅为0.65，80年代用APFC技术后可提高到0.95 ～0.99，既治理了电网的谐波“污染”，又提高了开关电源的整体效率。单相APFC是DC －DC开关变换器拓扑和功率因数控制技术的具体应用，而三相APFC则是三相PWM整流开关拓扑和控制技术的结合。

5.磁性元件新型磁材料和新型变压器的开发。如集成磁路，平面型磁心，超薄型（Low profile）变压器；以及新型变压器如压电式，无磁心印制电路（PCB）变压器等，使开关电源的尺寸重量都可减少许多。

6.新型电容器和EMI滤波器技术的进步，使开关电源小型化并提高了EMC性能。

7.微处理器监控和开关电源系统内部通信技术的应用，提高了电源系统的可靠性。90年代末又提出了新型开关电源的研制开发，这也是新世纪开关电源的发展远景。如：用一级AC－DC开关变换器实现稳压或稳流，并具有功率因数校正功能，称为单管单级（SingleSwitch Single Stage）或4S高功率因数AC－DC开关变换器；输出1V，50A的低电压大电流DC－DC变换器，又称电压调节模块VRM，以适应下一代超快速微处理器供电的需求；多通道（Multi－Channel或Multi－Phase）DC－DC开关变换器；网络服务器（Server）的开关电源刊可携带式电子设备的高频开关电源等。

2.开关电源的发展 篇二

随着社会经济和社会全球化的发展, 社会各个行业对于高频开关的需求日益加大, 尤其是随着环境的恶化, 能源的枯竭, 人们对于高效、节能减排的产品越来越重视, 高频开关就是一种节能减排的新型产品, 它与传统的电源比起来, 可以节约原材料、减少占地面积, 是现阶段电源行业的热门产品, 高频开关电源是一种适应现代社会形势的一种开关电源, 受到了人们的重视。

1 高频开关电源的技术发展现状

高频电源一经问世就得到了广泛的关注, 在不断研究和发展下, 其性能也在不断的完善, 越来越多的行业都已经开始普遍应用高频开关电源。在以往的电源行业中, 线性电源占有主要的地位, 随着高频开关电源的开发并应用, 逐渐替代了线性电源成为市场主宰。高频开关电源较之线性电源有很大的优势, 高频电源使用的材料少、体积小、质量轻、可靠性高并且性价比高, 它充分适应当前形势下节能、减排、高效的时代要求。高频开关电源在技术上还极大的提高了开关频率及高频滤波技术, 有效替代了传统的线性电源, 在各个行业中得到了推广。

1.1 小型化发展趋势

现在小型用品受到用户的追捧, 原因是轻便便于携带, 对于电源开关也是一样, 用户也是比较倾向于体积小、性能好的产品, 高频电源开关就是这样的一种产品。高频电源中电源电容、电感、变压器的体积与电源工作频率的平方根成反比, 高频电源的性能越好, 体积越小, 这样一方面比较轻便, 便于携带。另一方面又能节约材料和降低成本, 带来更客观的经济利益, 因此, 高频开关电源也开始朝着小型化的趋势来发展。

1.2 软开关和硬开关技术的结合

传统的电器行业一直应用的是硬开关技术, 随着软开关技术的开发应用, 逐渐替代了硬开关技术, 在理论上软开关对于开关可以达到完全没有线损的要求, 可以充分的节约能源。但是软开关技术的发展并没有完全取代硬开关技术, 而是两者相互融合渗透, 发挥出了更高的性能。在一些产品的设计上既可以利用软开关技术开关损耗小、频率高、效率高的特性, 又可以融合硬开关技术电压、电流定额小和易于滤波的优良性能, 实现两种技术的融合发展。

2 高频开关电源的发展趋势

高频开关电源因为其良好的性能一直受到追捧, 越来越多的高新技术都开始与高频开关电源得到融合, 其性能进一步加强。

2.1 品质日益增强

新的功率开关器件的研究使用从根本上改善了高频开关电源的品质。在传统的电器中, 一般以硅材料作为半导体的器件, 目前应用的碳化硅半导体材料的通电电阻得到有效的降低, 只有硅材料半导体器件的二百分之一, 碳化硅半导体的研究将对整个行业发生巨大的变化。功率开关器件作为高频开关电源的主要器件之一, 其性能的改变将极大的影响高频开关电源的性能。

2.2 与新型变压器的融合

变压器是高频开关电源上的重要器件, 是我们研究的重点之一。目前高频开关电源上普遍使用的高频铁氧体磁芯会带来一定的磁损耗, 影响高频开关电源的使用性能。现在开发研究的新型平面变压器, 可以有效的减少电源的体积, 提高电源效率, 有着很好的开发应用前景。目前, 现阶段的集成数字电路与数字控制芯片技术已经开始摆脱传统的技术不足, 性能、质量与功能也越来越完全, 为此, 可以应用计算机辅助设计手段来提升高频开关电源的开发效率, 最大限度的减少产品研发周期, 实现新产品的推广与应用。

2.3 高效率和绿色化方向趋势

现阶段, 随着环境的恶化, 能源的日益消耗, 节能减排, 提高产品性能是我们大力提倡的观点。为了顺应时代的潮流, 高频开关电源必要向高效和绿色产品发展。高频开关电源以其体积小、质量轻节约材料的优势受到人们的重视, 在下一阶段, 我们还要不断加强对高频开关电源性能的研究, 生产出更高效的高频开关电源, 以满足人们的需要。

2.4 智能数字化的研究方向

现在一切技术都朝着智能化的趋势发展, 智能数字化有传统模拟电源无法比拟的优点, 智能数字化电源是由计算机控制, 电路设计更为简单, 调试周期短, 有着易于实现智能化和网络控制的优势。智能数字化也可以实现对高频开关电源的远程监测和控制, 满足人们的操控需求, 节约大量的人力、物力和财力。在传统的模拟电源中可能会发生信号失真或是受电磁干扰的问题, 而智能数字化完全解决了这一不足。

3 结语

总之, 随着世界低碳经济的发展和我国经济的飞速发展, 高频开关电源以其优良的性能得到广泛地推广, 尤其是现在一些高新技术的应用, 让高频开关电源有了更大的市场价值。我们要不断的研究开发新型高频开关电源, 让其更好地为我国工业现代化服务。

摘要：在世界经济的发展下, 通信、信息、国防、航天、冶金、化工等行业对于高频开关电源的需求量越来越大, 如何发展低污染、低能耗、低排放的经济模式备受关注。主要针对高频开关电源的技术优势、应用现状以及发展趋势等问题进行分析。

关键词：高频开关电源,发展现状,趋势

参考文献

[1]郑刚, 汪建华, 王淼, 等.基于ATmega16L单片机的大功率微波电源设计[J].软件导刊, 2014 (9) .

[2]马登辉, 程晓雨.大功率电镀高频开关电源的设计探讨[J].民营科技, 2012 (1) .

3.浅析双电源自动开关发展趋向 篇三

【关键词】ATSE双电源自动转换开关；机械联锁；电气隔离；延时设定

1.双电源自动转换开关ATSE的发展过程

ATSC即双电源自动转换开关，由一个（或几个）转换开关电器和其他必需的电器（转换控制器）组成，用于监测电源电路、并将一个或几个负载电路从一个电源转换至另一个电源的开关电器。作为消防负荷和其他重要负荷的末端互投装置，ATSE在工程中得到了广泛的应用，正确合理的选择ATSE可确保重要负荷的可靠供电，ATSE在重要负荷的供电系统中是不可缺少和重要的一个环节。

ATSE目前在我国经历了四个发展阶段，即两接触器型、两断路器型、励磁式专用转换开关和电动式专用转换开关。两接触器型转换开关为第一代，是我国最早生产的双电源转换开关，它是由两台接触器搭接而成的简易电源，这种装置因机械联锁不可靠、耗电大等缺点，因而在工程中越来越少采用。两断路器式转换开关为第二代，也就是我国国家标准和IEC标准中所提到的CB级ATSE，它是由两断路器改造而成，另配机械联锁装置，可具有短路或过电流保护功能，但是机械联锁不可靠。励磁式专用转化开关为第三代，它是由励磁式接触器外加控制器构成的一个整体装置，机械联锁可靠，转换由电磁线圈产生吸引力来驱动开关，速度快。电动式专用转换开关为第四代，是PC级ATSE，其主体为符合隔离开关，为机电一体式开关电器，转换由电机驱动，转换平稳且速度快，并且具有过0位功能。

2.双电源自动转换开关（ATSE）的发展趋向

ATSE的发展趋向主要包括两个方面，其一是开关主体，具备很高的抗冲击电流能力，并且可频繁转换；具有可靠的机械联锁，确保任何状态下两路电源不能并列运行；不允许带熔丝或脱跳装置，以防止双电源开关因过载而造成输出端无电现象；具备0位功能，并且隔离距离大，以便能够承受更高的冲击电压（8KV）以上；四级开关具备N级先合后分的功能，以防止ATSE在切换时，不同系统中 N线上电位漂移，使电流走向不一致或分流，造成剩余电流保护装置误动作。其二是控制器，采用微处理器智能化产品，检测模块应具有较高的检测精度和宽的参数设定范围，包括电压、频率、延时时间等；具备良好的电磁兼容性，应能承受住主回路的电压波动，浪涌保护，谐波干扰，电磁干扰等；转换时间快，且延时可调；可为用户提供各种信号及消防联动接口，通信接口。

从ATSE的发展过程和发展趋向可以看出，PC级ATSE在工程中的应用将成为主流。

值得一提的是，《固定式消防泵驱动器-控制器》（IEC标准修正草案）中指出，ATSE不应带短路和过电流保护功能。而CB级ATSE不能够满足这一点，一旦出现短路和过电流的情况，脱扣器脱扣，造成电源侧虽然有电， 而负载没电的情况，不能满足一、二级负荷对供电的要求。IEC标准修订的趋向也证明了PC级ATSE在工程中的推广是必然的。这也是我们为什么要单独对PC级ATSE进行阐述的理由。

3.PC级ATSE的选择

在谈及PC级ATSE如何选择之前，我们先分析一下ATSE转换程序。

（1）如果常用电源被检测到出现偏差时，则自动将负载从常用电源转接至备用电源。

（2）如果常用电源恢复正常时，则自动将负载返回转接到常用电源。

双电源自动转换开关用于常用电源和备用电源之间的转换，要求电源转换开关的操作机构不应使负载电路与常用电源或备用电源长期断开，电源转换开关应提供指示所连接（常用或备用）电源位置的辅助触头。那么我们在选用PC级ATSE时，除按照正常参数进行选择外（同其他同类低压配电设备，在此不做赘述），还要注意以下几个方面：

3.1电气隔离，0位及挂锁功能

从保证双电源系统长期稳定、安全、安全供电和远程管理考虑，ATSE的主体开关电气隔离特性非常重要，其输入和输出端承受两路电源电压。接触器、断路器和隔离开关其作用功能不同，在选择时要区分对待，隔离开关在断开位置应具有较大的开断距离，国标规定其线间及断开触头间必须承受8KV的额定冲击耐受电压。建议选用隔离开关做主体开关的ATSE。在非消防电源发生火灾及ATSE下端电器设备检修和维护，ATSE应具有0位，有的已经具有0位接口功能，可接至消防控制中心。并且在0位检修时，应具备挂锁功能，以保证检修人员及设备的安全。

3.2延时设定及级数的选择

在常用电源转换至备用电源时，为防止备用电源在市电瞬态波动或失压，ATSE应具有延时检测功能，民规要求不大于30秒，很多产品均设有转换延时，普遍设为1～8秒，笔者认为设为3秒比较合适，它不会影响用电设备或照明等的正常使用。当备用电源转换至常用电源时，普遍厂家均有1～300秒的延时，以确认常用电源恢复正常而且稳定供电，笔者认为2分钟比较合适。在延时时间内，ATSE一直在向负载供电，不会影响电器设备使用。在选择ATSE时，应选用四级开关，N线应当完全隔离，目的是防止ATSE切换时，不同系统中N线上电位漂移，使电流走向偏差，剩余电流保护装置误动作。

3.3关于机电一体智能式

机电一体智能式双电源自动转换开关如GLD沈阳斯沃电器有限公司生产具有自动化程度高，安全可靠性好等优点以成为发展趋势。开关由开关主体和驱动控制部分组成，开关选用集成控制技术，过零及独特的触头分合技术。下面对其性能作一分析：（1）驱动控制部分，由逻辑控制电路和齿轮电机组成。电路控制核心采用CPU控制，电源部分采用开关电源稳压系统，供电可靠，电路具有良好的电磁兼容性，齿轮电机具有很强的耐湿热性和耐高温性，安全保护功能良好。（2）机械联锁部分，多重的机械联锁，确保两路电源在任何情况下不能并列运行。（3）开关保护功能，开关具有三相缺相、过欠电压、电机保护、频率检测功能。（4）GLD控制板性能，采用继承开关式电源，电路具有过载，短路保护，分别提供5V、8V、12V，其中5V为CPU芯片供电，8V为比较检测电路供电，12V为供电及执行转换继电器、外部输入信号供电。采样比较电路采用四个电压比较器，以保证过、欠电压、缺相、短电的检测。程序控制芯片CPU采用PIC16C71单片机控制，具有上电清零，程序中断，双相输入输出等功能。

4.PC级ATSE在工程中的应用

ATSE在工程中实例很多，主要有桥接、三点式、四点式、五点式等接线方式，本文在此不做赘述。PC级ATSE主要应用于供电线路末端进行双电源切换，为三点式接线。

当然，多台ATSE可以配合使用，以增加供电系统可靠性。

【参考文献】

[1]国家标准.低压开关设备和控制设备.第6部分：多功能电器第1篇：自动转换开关电器.

[2]International Electrotechnical Commission：IEC60947-6-1：1998，IDT.

4.中国电源行业产业链发展趋势 篇四

电源作为用电设备中必不可少的设备，其应用市场涉及电子电器设备、电子检测设备、控制设备、计算机、家电等电子行业。据国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长罗百辉介绍，其中电子电源行业是中国电子信息产业中重要组成部份，也是具有较强国际竞争力的细分行业，即使在全球金融危机冲击下的2009年，全行业产值仍然达到1061亿元，保持5%以上的增长率。2010年随着国家一系列宏观刺激政策的落实及全球经济趋于稳定之后，我国电子信息产业很快恢复了发展势头，中国电源行业更是借势而上，产值规模达到1172亿元，增速超过10%。

而开关电源是电子电源的主要大类产品，由于其小型化、重量轻、功率密度/转换效率高、输入电压范围广、热消耗较少等众多种优点，并得益于电子产品轻薄短小的需求趋势，其发展迅速，迅速取代线性电源普及于各种电子产品领域，据中国电源学会收集整理的数据，2008年全国开关电源(主要包含消费类开关电源、工业类开关电源、通信电源、PC电源，下同)产值达到855亿元，2009年达931亿元，增长8.8%；2010年达到1027亿元，增长10.3%。

按开关电源应用领域细分，占据全行业产出份额第一的是工业类开关电源，2010年达到全行业产值的比重为56%，居第二位的是消费类开关电源，占32%，通信开关电源占6%，PC开关电源占3%。

国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长罗百辉表示，近年来，我国电源市场经过历练得到了长足的发展，形成了较完整的产业链。从企业生产规模来看，我国电源生产企业以中小型企业为主。另外，由于电源应用的灵活性与广泛性，导致了电源产业区域集中度较低，全国分布较散。国内已经拥有了一批产值达到亿元的企业，如华为电气、武汉洲际、烟台东方等。这些企业拥有较强的技术水平和研发能力，部分产品已进入国际市场，为国内电源行业的发展做出了不小的贡献。此外，由于国内巨大的市场需求，吸引了跨国公司的目光，海外公司纷纷进入我国投资并建厂。此举使我国电源行业竞争更加白热化，同时，也为我国本土企业向国外企业学习管理、技术等方面创造了条件。

由于我国在电源行业的行业管理上有所欠缺，整个产业出现了重复建设、恶性的“价格战”、同质化现象严重等不良现象，影响了我国电源产品技术方面的发展。与国际高端产品相比，更是相距甚远。为此，罗百辉建议电源生产企业应加强与国内、国内高校、科研院所的合作，促进科研成果的转化，为科技人员开展技术创新活动，提供良好的内外部环境与文化氛围。

电源行业生产经营特点

1、生产特点

同电子产品其结构及电子设计均同，故对电源供应器的要求也一样，在设计制造时，以客户的规格要求，作为设计及生产之标准。

开关电源产品分为标准化产品和非标准化产品，一般来说，标准化产品订单批量较大，毛利较低，竞争激烈，而非标准化产品订单批量较小，但毛利较高，竞争较小。标准化产品主要应用于消费类电子产品中、PC电源等领域，而非标准的定制产品应用与通信电源、新能源和工业电源等领域。标准化开关电源企业一般根据客户的订单组织生产，企业一般不备有存货。按订单制造是指接到客户定单后，在已有产品方案的基础上修改设计、制造和装配，或重新研发设计，最终向客户提供定制产品的生产方式。企业在接到客户订单后，按照订单的具体要求，设计能够满足客户特殊要求的定制化产品，从供应商的选择、原材料的要求、设计过程、制造过程以及成品交付等等都由客户订单决定。开关电源产品型号非常多，一般企业无法在每一个细分市场获得优势，除电源适配器和手机充电器这种标准化产品竞争激烈毛利较低之外，各企业都有其主攻的细分市场，积极开拓新兴领域，能够获得较好的利润率。

与大规模定制不同，定制开关电源更多的是小批量定制，为了较好的控制成本，从而迅速向顾客提供低成本、高质量的定制产品，对企业的研发、生产管理和采购能力提出了较高的要求，因此企业必须具备敏捷的产品开发设计能力和原材料采购能力，专门为一种产品设计的传统的刚性生产线也将被能满足多样化和个性化的制造要求的柔性生产线替代。

2、盈利特点

开关电源生产企业根据产品的定位和档次不同，其盈利模式也不同。中低端产品的技术含量较低，大多以取加工费为主要利润来源。低功率、通用标准化的消费类电子产品配套开关电源生产企业众多，以低价竞争为主，以规模化经营取胜，盈利能力较差；中高端产品作为高端电子产品、工业控制设备的配套，其对开关电源的效率、精度和可靠性要求较高，要求制造企业拥有较强的研发能力和精湛的制造水平，产品的附加值较高，所以中高端开关电源企业的议价能力较强，盈利能力较强。有实力的大型电源企业基本上都开始从OEM向ODM转型，为客户提供研发设计到加工一站式服务，这些企业的品牌已经在业内有一定的声誉，在产品质量和研发能力方面均得到客户认可，已经具备对产品进行内部功能设计和外观设计的能力。

3、市场特点

由于开关电源行业以定制为主，企业的销售与订单紧密结合，销售行为发生在产品制造之前。同时，企业也研发标准产品，向市场和客户进行推广，积极拓展电子行业客户，展示公司研发设计能力、生产规模和质量管理能力成为销售的重要手段。目前，开关电源行业拓展销售渠道的方式主要有参加行业展会、在专业平面媒体和行业网站推广以及客户相互推荐等，而拥有优质的客户资源是企业实力最直接的体现。

电源行业发展趋势分析

目前，电源广泛应用于各行各业，是一项重要的基础科技。罗百辉表示，未来一段时期，电源将会朝着绿色、小型、高频、高效、多元化、集成化的方向发展，我国电源行业也将更加成熟。

1、开关电源产品发展趋势

A、绿色化

绿色化的开关电源产品将得到广泛应用。绿色开关电源产品具体是指显着的节省电能和不对用电网络产生污染。节点和环保要求，将使多种智能开关电源技术得到广泛应用，使电源供给结构由集中式向分布式发展。

B、小型化

小型的高频开关电源及其技术成为现代供电系统的主流。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备(如移动电话，数字相机等)尤为重要。因此，提高开关电源的功率密度和电源转换效率，使之小型化、轻量化、是人们不断努力追求的目标。高频化、软开关技术作为电源小型化的主要技术手段之一，近年来是国际电力电子界研究的热点之一。

C、数字化

数字化电源将开关电源的高效与数字芯片的智能控制相结合，并运用适当算法对电压、电流进行调整。数字电源与模拟电源相比，对电流检测误差可以进行精确的数字校正，电压检测更精确；可以实现快速，灵活的控制设计。

D、集成化

为了提高系统的可靠性，整机厂家与元器件厂家合作开发“用户专用”功率模块成为一种趋势。也就是将一台整机的几乎所有硬件都已芯片的形式安装到一个模块中，使大量元器件之间不再有传统的引线相连，把寄生参数降到最小，从而把电源元器件和功率器件承受的电应力降至最低，达到提高系统设备可靠性的目的。

2、开关电源市场前景预测

2011年中国电源产业产值将增长至1304亿元，较2010年增长11.26%，2015年中国电源产业产值将达到2156亿元，2011-2015年年均复合增长13.39%。

而随着电源逐渐向小型化、薄型化、轻量化、高频化方向发展，可以预计未来具有轻、薄、小以及高频开关电源产值增长将高于整个电源行业产值增长。中国电源学会预计到2011年，全国开关电源产值将达到1280亿元，2015年我国开关电源产值将达到1875亿元。

电源企业竞争状况及主要厂家经营情况

电源产品种类较多，应用领域较广，在各细分领域都有规模和水平参差不齐的企业竞争。Eaton、艾默生、施耐德集团、台达电子等电源巨头企业作为UPS电源、工业电源和PC电源行业的标杆企业，在相应的市场领域处于绝对领先地位，其知名度、规模、资本和技术实力以及及品质控制能力都远超国内电源企业。

近年来，随着国际制造业的转移以及国内企业制造、研发经验的积累，国内逐步在一些消费类开关电源、台式PC电源细分市场领域取得一定突破，成长了一批拥有一定竞争优势的电源企业，但由于电源应用行业的广泛性，造成了一定的市场区隔，市场总体集中度不高，业内中国企业以小型企业为主，截止到2011年10月，入选中国电子元件行业协会信息

中心评选的2010年(第23届)中国电子元件百强企业中目前还没有一家主营开关电源的企业成为上市公司。国内在开关电源行业较有代表性的厂商主要有如下几家：

电源行业发展策略建议

1、产品

“十二五”期间，随着我国信息产业的进一步发展，企业信息化力度的加大，定制电源产品的市场将会持续稳定增长，但厂商只有把定制电源产品与行业客户业务的全面融合才能为客户创造更高的价值，进而让客户愿意为定制电源的产品支付更高的费用。

绿色节能是未来定制电源产品的发展重点。未来，定制电源不再只是单一的提供产品，而是应对厂商需求提供更加完善的管理解决方案，整体产品制造商的新需求对整体电源解决方案提出越来越高的要求。定制电源企业如何在风险中抓住机遇，提高品牌竞争力，在挑战和竞争中赢得用户的信赖主要取决于其提供的整体解决方案是否能与用户业务需求全面融合。

2、服务

未来会有越来越多的整体产品生产厂商把定制电源业务外包出去，利用外部优秀的专业化团队承接其业务，从而专注核心业务，达到降低成本、提高效率、增强企业核心竞争力和对外环节应变能力。在该趋势下，将会有更多的OEM/ODM厂商把服务作为自己的竞争力。随着信息交流速度的加快，市场上产品的价格趋于公开，电源制作企业若想获得厂商的订单，就需要提供有价值的增值服务。设计服务是最平板电视电源最重要的增值服务之一，尤其是为客户提供实际的解决方案，在行业技术要求比较强的定制电源制造业，从OEM到ODM在价值链上增加了设计环节，向产业链上游延伸，逐步占领高端增值环节。良好的设计能力和快速响应的物流会成为赢得客户的关键。

此外，加速订单交期处理速度，以及售后品质服务，贴近并协助客户解决问题，提高技术服务的专业度。掌握主要客户的专案开发进度，强化技术服务支援速度及新产品开发速度。加强外包产品品质的辅助管控。缩短主导型新产品的方案开发时间，都是未来厂商优质服务的体现。

3、营销

5.开关电源的发展 篇五

【关 键 字】: 通信 电源 技术 未来 发展趋势

【报告来源】: 中新浙江网

〖 报告内容 〗

随着电子信息技术的飞速发展和用户对多种业务需求的与日俱增，使原来独立设计运营的传统的电信网、互联网和有线电视网正在走向融合，“三网融合”已成为社会发展的一个重要大趋势。这些变化的特征使原来业务独立的运营商逐步改变，对网络设备提出了新的需求。

信息业的巨大发展，给电源市场带来了巨大的市场机会和挑战，同时对电源提出了一些新的需求。例如：多种物理设备放在一起，有电磁兼容的需求和机房面积和承重的要求；网络设备种类变多使电源的负载变大，负载种类变多，对电源效率和种类有要求；机房和基站数目增多，对电源的可靠性和易维护性提出更高的要求，以满足无人值守需要。电源工作环境的差异对电源的应用环境也提出了新的需求，如更强电网适应能力、环境适应能力等，户外电源就是这一需求的典型代表。电源是整个信息网络的动力心脏，新的网络需要更可靠的电源。另外，随着运营商的全球化的趋势，电源设备也需要满足全球不同市场对产品的特殊要求。

全球通信电源技术发展呈现以下几大趋势：

(1)高效率，高功率密度，宽的使用环境温度

随着运营商的设备的不断增多，用电量加剧，机房面积紧张等客观因素的存在，对电源产品提出了高效率，高功率密度，宽的使用环境温度的要求。

新型高性能器件的不断研发、涌现与应用，例如：绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、功率场效应晶体管(MOSFET)、智能IGBT功率模块(IpM)、MOS栅控晶闸管(MCT)、静电感应晶体管(SIT)、超过恢复二极管、无感电容器、无感电阻器、新型磁材料和变压器、EMI滤波器等。这些新型器件的应用可以提高通信电源的开关频率，减少电源外型尺寸，提高电源的功率密度。

在通信电源中，开关技术是提高电源效率的一个重要技术。软开关技术、准谐振技术中的具有代表性的是谐振变换、移相谐振、零开关pWM、零过渡pWM等电路拓扑。随着软开关拓扑理论研究的深入以及应用的普及，大大减少了硬开关模式下电源中功率器件在开通、关断过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形交叠产生的损耗和噪声，实现了零电压/零电流开关，降低损耗，提高电源系统的效率。

为了更好适应环境，提高产品可靠性，220Vac工作的通信电源一般能够工作在120-290Vac，环境适应能力也由传统的45°C提高到60°C，甚至75°C。

(2)网络化智能化的监控管理

随着网络的日益发展，巨大网络设备需要的大量人力、物力投在设备的管理和维护工作，如：通信设施所处环境越来越复杂，人烟稀少、交通不便都增大了维护的难度。这对电源设备的监控管理提出了新的需求。

通信电源系统的集中分散式监控系统需要对系统中状态量和控制量进行监控，还可对电池进行全自动管理；可以直接利用Internet上传输控制数据，使维护人员通过Internet进行数据查询、控制等维护工作。利用友好的人机界面，使维护人员能够方便地得到需要的信息。如各种保护、告警和数据信息存储、处理、打印等功能；维护计划，资产管理等工作。

(3)全数字化控制

数字化技术的发展逐步表现出了传统模拟技术无法实现的优势，如：采用全数字化控制技术，有效地缩小电源体积降低了成本，大大提高了设备的可靠性和对用户的适应性。整个电源的信号采样、处理、控制(包括电压电流环等)、通信等均采用DSp技术，可以获得优化的一致的稳定的控制参数。可以采用更加灵活的控制方式，在各种电压、温度下优化电源的输出，如降额保护、pFC数字控制谐波。利用DSp技术可以实现更简单稳定的通信和均流，可以获得良好的EMC指标。智能化程度更高，如灵活的LED报警指示组合，无监控的情况下可以通信。减少器件数目、提高模块指标、提高功率密度。消除模拟控制技术的器件离散性和温漂，保证每个模块均达到最优指标，提高电源可靠性。模块智能化程度更高，易于使用维护。

(4)安全、防护、EMC

考虑到设备复杂的运行环境，电源设备需满足相关的安全、防护、防雷标准，才能保证电源的可靠运行。

安全性是电源设备最重要的指标；商用设备需要通过相关的安全认证，如UL、CSA、VDE，CCC等。防雷设计是保证通信电源系统可靠运行的必不可少的环节，对于通信设备而言，雷电过电压来源主要包括感应过电压、雷电侵入波和反击过电压。在一般情况下，通信电源必须采取系统防护、概率防护和多级防护的防雷原则。通信电源系统一般需要采用三级防雷体系。

防潮、防盐雾和防霉菌设计称为三防设计。工程上通常选用耐蚀材料，通过镀、涂或化学处理方法对电子设备的表面覆盖一层金属或非金属保护膜，使之与周围介质隔离，从而达到防护的目的，一般在印制板涂三防漆；在结构上采用密封或半密封形式隔绝外部环境。良好的EMC指标使不同的电子设备能工作在一起；同时使使用者的电磁环境更加洁净，避免电磁环境对使用者的伤害。一般满足的标准有：EN55022，EN 300 386:2001,；CFR 47 part 15；Telcordia GR-1089 [NA requirement].(5)环保

环保的一方面的指标是，通信电源的电流谐波符合要求。降低电源的输入谐波，不但可以改善电源对电网的负载特性，减小给电网带来严重的污染，也可减少对其他网络设备的谐波干扰。另一个重要方面是，材料可循环利用和对环境无污染。这方面需要产品满足WEEE/ROHS指令。

WEEE/ROHS指令包括两部分的内容，即涉及循环再利用WEEE和限制使用有害物质的ROHS。

实施WEEE指令案的目的，最主要的就是防治电子电气废弃物(WEEE)，此外是实现这些废弃物的再利用、再循环使用和其它形式的回收，以减少废弃物的处理。同时也努力改进涉及电子电气设备生命周期的所有操作人员，如生产者、销售商、消费者，特别是直接涉及报废电子电器设备处理人员的环保行为。

实施ROHS指令案的目标是使各成员国关于在电子电气设备中限制使用有害物质的法律趋于一致，有助于保护人类健康的和报废电子电气设备合乎环境要求的回收和处理。

从2006年7月1日起，投放于市场的新电子和电气设备不包含铅，汞，镉，六价铬，聚溴二苯醚(pBDE)或聚溴联苯(pBB)。

6.开关电源技术的十大关注点 篇六

电源一直是电子行业里非常热门的技术，而它的发展趋势又是大家必须时刻关注的问题，不然一不留神就会跟不上技术发展的步伐。电子元件技术做了项开关电源技术发展关注焦点调查，得出来以下十个热门关注点。

关注点一：功率半导体器件性能

1998年，Infineon公司推出冷mos管，它采用“超级结”(Super-Junction)结构，故又称超结功率 MOSFET。工作电压600V～800V，通态电阻几乎降低了一个数量级，仍保持开关速度快的特点，是一种有发展前途的高频功率半导体电子器件。

IGBT刚出现时，电压、电流额定值只有600V、25A。很长一段时间内，耐压水平限于1200V～1700V，经过长时间的探索研究和改进，现 在 IGBT的电压、电流额定值已分别达到3300V/1200A和4500V/1800A，高压IGBT单片耐压已达到6500V，一般IGBT的工作频率上限为20kHz～40kHz，基于穿通(PT)型结构应用新技术制造的IGBT，可工作于150kHz(硬开关)和300kHz(软开关)。

IGBT的技术进展实际上是通态压降，快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺和结构形式的不同，IGBT在20年历史发展进程中，有以下几种类型：穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。

碳化硅SiC是功率半导体器件晶片的理想材料，其优点是：禁带宽、工作温度高(可达600℃)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高等，有利于制造出耐高温的高频大功率半导体电子元器件。

可以预见，碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料。

关注点二：开关 电源功率密度

提高开关电源的功率密度，使之小型化、轻量化，是人们不断努力追求的目标。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备(如移动电话，数字相机等)尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有：

一是高频化。为了实现电源高功率密度，必须提高PWM变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。

二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。压电变压器利用压电陶瓷材料特有的 “电压-振动”变换和“振动-电压”变换的性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域的研究热点之一。

三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量，必须设法改进电容器的性能，提高能量密度，并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器，要求电容量大、等效串联电阻ESR小、体积小等。

关注点三：高频磁与同步整流技术

电源系统中应用大量磁元件，高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件，有许多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求：损耗小，散热性能好，磁性能优越。适用于兆赫级频率的磁性材料为人们所关注，纳米结晶软磁材料也已开发应用。

高频化以后，为了提高开关电源的效率，必须开发和应用软开关技术。它是过去几十年国际电源界的一个研究热点。

对于低电压、大电流输出的软开关变换器，进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗。例如同步整流SR技术，即以功率MOS管反接作为整流用开关二极管，代替萧特基二极管(SBD)，可降低管压降，从而提高电路效率。

关注点四：分布电源结构

分布电源系统适合于用作超高速集成电路组成的大型工作站(如图像处理站)、大型数字电子交换系统等的电源，其优点是：可实现DC/DC变换器组件模 块化;容易实现N+1功率冗余，易于扩增负载容量;可降低48V母线上的电流和电压降;容易做到热分布均匀、便于散热 设计;瞬态响应好;可在线更换失效模块等。

现在分布电源系统有两种结构类型，一是两级结构，另一种是三级结构。

关注点五：PFC变换器

由于AC/DC变换电路的输入端有整流元件和滤波电容，在正弦电压输入时，单相整流电源供电的电子设备，电网侧(交流输入端)功率因数仅为 0.6～0.65。采用PFC(功率因数校正)变换器，网侧功率因数可提高到0.95～0.99，输入电流THD小于10%。既治理了电网的谐波污染，又 提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正APFC单相APFC国内外开发较早，技术已较成熟;三相APFC的拓扑类型和控制策略虽然已经有很多种，但还有待继续研究发展。

一般高功率因数AC/DC开关电源，由两级拓扑组成，对于小功率AC/DC开关电源来说，采用两级拓扑结构总体效率低、成本高。

如果对输入端功率因数要求不特别高时，将PFC变换器和后级DC/DC变换器组合成一个拓扑，构成单级高功率因数AC/DC开关电源，只用一个主开关管，可使功率因数校正到0.8以上，并使输出直流电压可调，这种拓扑结构称为单管单级即S4PFC变换器。

关注点六：电压调节器模块VRM

电压调节器模块是一类低电压、大电流输出DC-DC变换器模块，向微处理器提供电源。

现在数据处理系统的速度和效率日益提高，为降低微处理器IC的电场强度和功耗，必须降

低逻辑电压，新一代微处理器的逻辑电压已降低至1V，而电流则高达50A～100A，所以对VRM的要求是：输出电压很低、输出电流大、电流变化率高、快速响应等。

关注点七：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。全数字控制是一个新的发展趋势，已经在许多功率变换设备中得到应用。

但是过去数字控制在DC/DC变换器中用得较少。近两年来，电源的高性能全数字控制芯片已经开发，费用也已降到比较合理的水平，欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字控制芯片及软件。

全数字控制的优点是：数字 信号与混合模数信号相比可以标定更小的量，芯片价格也更低廉;对电流检测误差可以进行精确的数字校正，电压检测也更精确;可以实现快速，灵活的控制设计。

关注点八：电磁兼容性

高频开关电源的电磁兼容EMC问题有其特殊性。功率半导体开关管在开关过程中产生的di/dt和dv/dt，引起强大的传导电磁干扰和谐波干扰。有 些情况还会引起强电磁场(通常是近场)辐射。不但严重污染周围电磁环境，对附近的电气设备造成电磁干扰，还可能危及附近操作人员的安全。同时，电力电子电路(如开关变换器)内部的控制电路也必须能承受开关动作产生的EMI及应用现场电磁噪声的干扰。上述特殊性，再加上EMI测量上的具体困难，在电力电子的 电磁兼容领域里，存在着许多交*科学的前沿课题有待人们研究。国内外许多大学均开展了电力电子电路的电磁干扰和电磁兼容性问题的研究，并取得了不少可喜成果。近几年研究成果表明，开关变换器中的电磁噪音源，主要来自主开关器件的开关作用所产生的电压、电流变化。变化速度越快，电磁噪音越大。

关注点九：设计和测试技术

建模、仿真和CAD是一种新的设计工具。为仿真电源系统，首先要建立仿真模型，包括电力电子器件、变换器电路、数字和模拟控制电路以及磁元件和磁场分布模型等，还要考虑开关管的热模型、可*性模型和EMC模型。各种模型差别很大，建模的发展方向是：数字-模拟混合建模、混合层次建模以及将各种模型组 成一个统一的多层次模型等。

电源系统的CAD，包括主电路和控制电路设计、器件选择、参数最优化、磁设计、热设计、EMI设计和印制电路板设计、可*性预估、计算机辅助综合和 优化设计等。用基于仿真的专家系统进行电源系统的CAD，可使所设计的系统性能最优，减少设计制造费用，并能做可制造性分析，是21世纪仿真和CAD技术 的发展方向之一。此外，电源系统的热测试、EMI测试、可*性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展的。

关注点十：系统集成技术

7.刍议通信电源技术的发展 篇七

通信电源的种类有很多, 不仅有直流组合通信电源系统, 还包含了在线式逆变器、铅酸蓄电池、二次模块电源等, 高频开关电源设备、交流稳压器、发电机组、半导体整流设备、逆变电源设备以及集中监控系统等技术。从这些技术可以看出, 当前通信电源技术的发展趋势主要是:轻量化、小型化以及模块化;智能化、高效化的监控模式;数字化、智能化的通信电源技术;电磁兼容技术等。

2 通信电源的现有技术

2.1 铅蓄电池

铅蓄电池包括阀控密封和富液式两种类型, 阀控密封特别是AGM技术当前在我国市场上应用还是很普遍的, 应用范围比较广, 而富液式铅蓄电池因为可靠性比较高加上使用时间比较长, 因此, 在欧洲、美洲等许多发达国家应用比较广泛, 主要用于大型基站或中心机房的通信电源技术中。在铅蓄电池技术的应用过程中, 其相关的技术也是在不断地得到提高, 比如铅蓄电池的使用寿命得到了延长, 而且容量也不断地增加, 类似这种的新型设计也是不断地出现。当前, 已经出现的薄极板纯铅电池, 它的电池容量已经达到了190Ah以上, 并且已经正式投入使用, 根据使用结果可以发现, 采用这种冷压纯铅板栅技术的铅蓄电池, 使用起来可靠性好、效率高, 而且电池的使用寿命与之前的铅蓄电池相比有了很大的提高。

2.2 燃料电池

燃料电池也是当前应用比较广泛的通信电源技术, 其中燃料电池的优点是, 噪音比较低, 而且使用过程中没有污染, 可靠性比较好、电能转化效率比较高, 能够达到50%以上, 在不充电的情况下可以连续工作。基于这些优点, 燃料电池发展得很迅速, 并向着数码产品和电动车电源的领域延伸。

2.3 锂离子电池

经过很长时间的技术发展, 锂离子电池的能量以及结构都有了很大改善, 而且寿命也得到延长, 并且锂离子电池的应用范围也在扩大, 锂离子电池已经在便携式电子产品上得到应用, 并逐渐向后备式以及储能系统的领域延伸。

2.4 液流电池

当前的液流电池主要有全铀、钒/铈、以及全铬等技术, 其中比较成熟的是全钒体系, 并且已经在澳大利亚、加拿大和日本等国进行了商品化生产。

3 通信电源技术的发展

3.1 高效率节能技术

电能变换是电源技术的核心与精髓, 也就是将电池或者是一次性的电源利用电能变化技术转换成可以适用于各种用电设备的二次电源。在电能转换的过程中, 开关电源有着很重要的地位, 为高频变化的开关电源建立了硬件基础, 从而可以促进通信电源技术的发展。高频变化技术中, 软开关技术以及准谐振技术的发展也比较成熟, 这些技术在减少之前的硬开关模式的电源设备的情况下, 开通电源设备时, 开关器在开的情况下电压上升, 关的过程中电流下降, 在这个过程中, 实现了零电压/零电流开关, 在损耗可以降低的情况下也提高了电源系统的使用效率和稳定性。

功率集成技术的使用使电源结构得到了简化, 使得电源结构向着集成化、模块化的方向发展, 比如硅晶片的使用, 内部元件就减少了一半以上, 这样结构也就更加地紧密, 这种情况下, 在损耗降低的情况下也提高了使用效率。

3.2 全数字化控制

随着通信网络技术的发展, 通信网络涉及的范围、环境也越来越广泛, 因此, 这也就对通信网络技术的维护提出了更高的要求, 而数字化控制的功能可以很好地解决这些问题。随着数字化控制的应用, 对电源的控制由模拟控制进入到了全数字化的控制阶段, 其优点是, 全数字化的控制比起模拟信号可以产生更小的量, 而且芯片的价格也比较低廉;对电流检测可以进行准确的数字校正, 从而对故障的检测也更加准确, 在这种情况下, 可以有效提高设备的可靠性及客户对通信电源设备的适应性。

3.3 网络化管理

互联网技术的发展以及信息处理技术的日益广泛应用, 使得通信系统也从之前的小范围逐渐发展到了大局域网系统, 这就需要通信电源技术必须要适应数据处理以及网络通信的能力, 因此, 对通信电源技术提出的要求是:通信电源技术要有保护数据信息的处理、存储以及打印的功能;通信电源技术要有智能型的人机友好界面, 从而可以使得技术人员可以监视各种电源设备的技术参数以及运行状态;通信电源技术还要具有远程控制功能, 保证技术人员可以随时交流或者是有备用电源。

3.4 低电流谐波处理技术

随着网络时代的到来以及人们的环保意识的不断提高, 人们的安全意识也发展起来。通信电源技术的发展早期, 由于对电源输入的特征考虑得很少, 由此带来的问题是电网的污染问题。因此, 针对这种情况下, 低谐波输入技术逐渐得到发展, 这种通信电源技术改善了对电网的污染和谐波干扰, 也

上行功率控制对MOS值的影响分析

李建刚

(河北全通通信有限公司网优部, 河北石家庄050021)

摘要:主要是结合中兴设备自身的功能特点, 对上行功率控制对MOS值的影响进行分析总结。关键词:功控;干扰;MOS

中图分类号:TN929.533文献标识码:A

1概述

GSM网络的最主要最基本的业务目前仍然是语音业务。随着运营商之间的竞争日趋激烈, 用户对于网络的整体语音服务质量的要求不断提高, 语音质量的好坏直接影响着用户对于运营商的选择, 语音网络质量已成为运营商之间竞争的最主要因素。

衡水移动市区网格测试MOS值成为最为关注的指标之一, 提升MOS值成为当前首要任务, 也是最难的指标之一。现通过测试验证上行功控对MOS值的影响。

2中兴设备的功控判决示意图如下

根据以上功控判决可知:在高电平质量处于高低质量门限之间时, 将会进行功率降低的控制, 功率控制在一定程度上是起作用的, 只是对质量的影响可能存在两面性, 这取决于系统的底噪或者功控电平的上下门限值的设置。如果底噪过大, 会起到较好的作用, 而如果底噪过小, 会起到相反的作用。在开启功控时, 如果功控参数设置不当, 反而会起到与预期的提高质量相反的作用。此时需要对相应的功控参数进行优化调整以改善功控的效果。

3中兴设备上行功控参数建议值

依据现场对功控参数反复试验给出一套较好的推荐参数。

提高了源效应。低谐波输入技术必将得到很广泛的应用, 成为广受欢迎的绿色能源。

3.5 环保化、智能化的发展趋势

随着微电子技术的发展, 电池与电池组也应该逐渐的向着环保化、智能化的方向发展, 从而更好地适应通信网络技术的发展要求。

文章编号:1673-1131 (2012) 04-0187-01

4 效果验证

4.1 CQT测试结果

小结:从测试结果中可以看出采用推荐的上行功控参数都提升MOS值0.04以上, MOS 3.0以上占比也有明显提升。

4.2 DT测试结果

小结:从测试结果中可以看出采用推荐上行功控参数MOS3.0以上占比明显高于其他两种场景测试值, MOS均值也有所提高。

5 结语

通过原网上行功控参数、关闭上行功控、推荐上行功控参数, 在CQT、DT场景下测试, 数据显示采用推荐上行功控参数测试MOS值3.0以上占比明显高于关闭上行功控和原网上行功控参数测试值。

参考文献:

[1]张威.GSM网络优化――原理与工程[M].人民邮电出版

[2]张传福等.移动通信无线电波传播[M].人民邮电出版社,

作者简介:李建刚 (1976-) , 男, 河北沧州人, 初级通信工程师。

参考文献

[1]李京生.浅谈通信电源的发展和管理[J].科技情报开发与经济, 2005 (16)

[2]林蓓娜.高效、智能:通信电源技术发展大趋势[J].通信电源技术科学之友 (B版) , 2009 (6)

8.开关电源的发展 篇八

【关 键 词】智能化；高压开关设备；GIS；高压断路器；高压熔断器

【中图分类号】 V242.3+1【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0254-01

随着智能电网建设的不断推进，智能化高压开关设备受到了人们越来越多的关注和重视。作为智能电网的重要输配电设备，智能化高压开关设备的可靠和安全运行对于电力系统的稳定运行至关重要，因此本文就智能化高压开关设备技术的发展进行探讨，以期为促进电力系统的安全运行提供一些有益的参考。

1. 智能化高压开关设备的概述

1.1 智能化高压开关设备的定义

智能化高压开关设备是“十一五”时期装备工业集传统的机械装置和电子产品、电子技术于一身的机电一体化新一代产品。到目前为止，智能化高压开关设备只是一个泛指，相关专业还没有规范的术语和定义。对于一个元件而言，可以理解为按照智能化的要求植入一个或多个元素或功能，如通信接口、传感器等；对于开关成套设备，如开关柜、配电设备等，可以理解为对一个系统的综合要求，诸如自动化、在线监测、互动化等。

1.2 智能化高压开关设备的结构

智能设备是含传感器的一次设备与智能组件的结合体，智能化高压开关设备的组成包括以下部分：高压开关设备、传感器/执行器、智能组件，其中智能组件通过传感器/执行器与高压开关设备形成有机整体，实现与宿主设备相关的测量、控制、监测、计量和保护等功能。

智能组件（Intelligent component）是面向单一一次设备的综合测控集，由若干智能电子装置（IED）集合组成，在满足相关标准要求时，还能够承担保护、计量等功能，强调功能实现的一体化。智能组件包括过程层网络通信和站控层网络通信，遵循IEC 61850通信协议；组件内可有不同的交换机配置方案，应该采用优先设置、流量控制、VLAN划分等技术优化过程层网络通信。

2. 智能化高压开关设备的特征

（1）控制网络化。智能化高压开关设备不仅能够完成继电保护控制命令，还能够根据IEC 61850规约通信，CB/DS/ES/FES能够正确执行网络遥控命令。

（2）测量数字化。根据IEC 61850规约通信，高压开关设备控制器、光电压互感器、光电流互感器和合成单元，能够通过网络传输相关数字化测量和检测信息，分别在就地和远方显示一次主设备接线形式、状态信息、报警信号及状态监测结果。

（3）功能一体化。智能化高压开关设备的功能是高度集成的，具体说来：相关测量、控制和监测的融合设计，传感器植入技术和光互感器的一体化设计，各监测IED的集成设计。

（4）操作程序化。智能化高压开关设备能够接受程序化操作命令，自动按照规定的时间和逻辑闭锁要求逐一完成各指令所规定的操作。

（5）信息互动化。智能化高压开关设备包括过程层网络通信和站控层网络通信，遵循IEC 61850规约通信协议。智能组件内所有IED都接入过程层网络，需要与站控层网络有信息交互需要的IED，还要接入站控层网络，如测控装置等。

（6）状态可视化。各监测IED的监测结果，按照“唯一性标识、故障部位、故障类型、风险程度”的报文格式，通过过程层网络向主IED报告自评估结果。

（7）监控诊断远程化。通过无线网络通信可以实现与智能化高压开关设备的信息交互，从而达到远程监控诊断功能。

3. 智能化高压开关设备技术的发展趋势

3.1 气体绝缘全封闭组合电器（GIS）的智能化

GIS的智能化是一个跨学科的综合课题，其是具有众多功能和丰富通信接口的系统。在GIS智能化的实施中，关键问题主要包括：

（1） 智能操控回路。传统变电站中，GIS机构操作回路和操作箱的控制回路分别由一次、二次回路厂家设计，这容易造成寄生回路和成本上升。而智能变电站中，开关智能终端的就地化使得操控回路的一体化设计成为可能，并带来如下益处：智能GIS设计时，考虑在开关智能终端的防跳回路基础上增加机械故障防跳机制，防跳回路在印制板上实现，能够提高一次设备的集成化和智能化程度，同时占用空间更小；在智能GIS中，由开关智能终端统一采集位置结点信息并通过GOOSE服务转发给各二次设备，可以大大减少辅助结点的数量；断路器总位置信号、三相不一致信号可以在开关智能终端内通过软件逻辑实现，不需要额外的继电器串、并联合成回路；取消电气联闭锁的硬件回路，减少对厂家的依赖。

（2） 在线监测。目前国内GIS的故障率较高，主要运行问题集中在内绝缘、气密性和操作机构等几个方面，在线监测需要重点开展GIS局部放电监测、断路器机械故障在线监测、电寿命监测等方面的工作。

（3） 电子式互感器的应用。近年来电子式互感器在我国的应用日益增多，取得了一定的工程应用经验，但同时也暴露出如下问题：常规二次设备电磁兼容试验不能完全满足要求，需要对试验手段进行完善；与继电保护装置的分工和配合问题；相关计量规程的修订和合并单元的定位。

（4） 汇控柜方案。GIS的智能化伴随着电子设备的就地化，这意味着传统的汇控柜已经不能满足需求，需要从以下几个方面进行改进：完备的信息交互、全环境适应性、温湿度控制系统可靠性的提高。

3.2 高压断路器的智能化

目前世界上先进的工业国家，都十分看好智能化高压断路器的发展前景，加大了研究的投入和开发的力度。在高压断路器智能化实现的过程中，还有很多需要解决的技术和问题：（1）关键技术问题。智能化高压断路器需要解决的关键技术问题包括微机技术、传感技术、抗电磁干扰技术和信号处理技术。（2）寿命问题。由于电子设备的使用寿命要低于高压电气设备本身的寿命，要解决这一矛盾必须从设计、制造和改善运行条件等几个方面着手，采用模块化设计，以提高设备的使用寿命。（3）经济问题。智能高压断路器的价格较传统断路器高，但在电子设备不断降价的情况下，监测设备价格也在不断降低。

3.3 高压开关柜的智能化

智能化高压开关柜集保护、监测、控制与故障诊断为一体，具备数字显示、高压开关显示和对外的双向数据通信等通过。智能化高压开关柜是用新的传感器采集信息，用计算机处理信息，用计算机网络传输信息和用数字与波形显示信息，并对开关设备的重要参数进行连续的在线监测，不仅可以提供设备现有的状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，识别存在的故障，为设备的状态维修提供依据，从而增大设备的维修保养周期，提高设备的利用率，减少维修保养的费用。

3.4 高压熔断器的智能化

现有的高压熔断器存在以下缺点：一是往往都是针对大过载电流的情况，即在大电流过载情况下，通过熔体自行熔断实现分断保护；而在低过载电流情况下，老式的喷逐式熔断器在分段较小的短路电流时可能出现不能灭弧，甚至爆炸等问题。二是熔断器的时间——电流特性（安秒特性）的稳定性和运行性相对较差，并且适应性单一。近年来，国内外推出了智能化熔断器，美国通用电气公司研究的“智能化高压限流熔断器”已经可以达到外形尺寸小、额定电流大和高分断能力的要求，并且可以从外来控制熔断器动作。

参考文献

[1] 田召庚.浅谈高压开关设备的使用现状和改进发展趋势[J].中国电子商务，2011（11）

[2] 郭乐.气体绝缘全封闭组合电器智能化的几个关键问题探讨[J].华电技术，2012，34（9）

9.通信开关电源的电磁兼容性论文 篇九

中兴通讯建立了自己的电磁兼容性试验室，在通信开关电源研发的初期，就致力于电磁兼容性的研究工作。其通信开关电源的前级运用最先进的有源功率因数校正技术加无损吸收电路，后级DC/DC采用零电压零电流（ZVZCS）相移谐振软开关技术或双管正激无损吸收软开关技术，通过专业的电源输入输出滤波器设计及防雷设计，以及对整机的安全性、数字接口电路的抗静电设计及抗快速瞬变脉冲群设计，对整机结构恰到好处的电磁屏蔽设计，不仅使整机内部的电磁环境良好，工作稳定，可靠性提高，也使通信开关电源对外的电流谐波、电起伏和闪烁、传导干扰及辐射干扰达到或超过CISPR22标准规定的A级要求。输入交流电源线能够承受至少±6kV（1.2/50μs与8/20μs的综合波）浪涌电压干扰，直流电源线能够承受至少±2kV的浪涌电压；整机外部能够承受至少±8kV的静电放电（ESD）干扰、至少±4kV的电快速瞬变脉冲群（EFT），以及3V/m的高频电磁场干扰，300A/m的工频磁场干扰。宽广的交流输入电压范围，使整机的电压跌落、电压瞬变及电压短时中断等干扰过后，开关电源能够正常工作。专业采自全国各地的电网干扰电压，均在中兴开关电源上经过了验证分析。

中兴通讯系列开关电源的电磁兼容性指标，已完全满足并超过了YD/T983－《通信开关电源设备电磁兼容性要求及测量方法》中所规定的所有项目的指标，部分产品已通过CE认证及FCC认证中的全部电磁兼容性指标，是真正的环保型通信开关电源，特别适合于移动基站、程控交换设备、IP电话、有线电视等数据通信传输设备以及铁路、水电、火电站等强电磁场干扰的场合使用。

10.开关电源的发展 篇十

hc360慧聪网广电行业频道 2004-11-16 11:46:41

摘要：本文介绍了CATV机房开关电源的基本原理，并以实例阐述了开关电源的工作原理。

关键词：开关电源 整流滤波 占空比  1 引言

有线电视前端机房的常用设备有卫星接收机（包括数字、模拟两类）、调制器、混合器、微波接收机、解扰器及VCD，DVD播放机和各种录像播放机等，大部分使用的是小功率、多电压等级输出的开关电源。使用开关电源有如下优点：1）效率高、功耗小、节约电能；2）输入电压范围宽，一般电压降到一半时还能正常工作；（3）输出电压稳、滤波精度高；4）电路体积小、重量轻；5）隔离度高、安全性能好等。但也存在电路经不起强电冲击等缺点。下面就有线电视机房设备的开关电源结构进行分析介绍。 2 开关电源由以下几个部分组成 21 主电路

从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：

1)输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

2)整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。 3)逆变：将整流后的直流电变为交流电是开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

4)输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

22 控制电路

一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。 23 检测电路

除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。 24 辅助电源

提供所有单一电路的不同要求电源。 3 开关控制稳压原理

开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关K接通时，输入电源E通过开关K和滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源E向负载提供能量；当开关K断开时，输入电源E便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图中，由电感L、电容C2和二极管D组成的电路，就具有这种功能。电感L用以储存能量，在开关断开时，储存在电感L中的能量通过二极管D释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量，因二极管D使负载电流连续不断，所以称为续流二极管。在AB间的电压平均值EAB可用下式表示：EAB=TON/T•E式中TON为开关每次接通的时间，T为开关通断的工作周期（即开关接通时间TON和关断时间TOFF之和）。

由上式可知，改变开关接通时间和工作周期的比例，AB间电压的平均值也随之改变，因此，随着负载及输入电源电压的变化自动调整TON和T的比例便能使输出电压V0维持不变。改变接通时间TON和工作周期比例亦即改变脉冲的占空比，这种方法称为“时间比率控制”（TimeRatioControl，缩写为TRC）。

按TRC控制原理，有3种方式：

 1)脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，缩写为PWM）。开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

2)脉冲频率调制（PulseFrequencyModulation，缩写为PFM）。导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式。

3)混合调制。导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上2种方式的混合。

4＋5V、＋12V、20W双路输出开关电源(电路图如图3所示)交流电源电压经BR1整流和C1滤波后，产生高压直流电压加至变压器T1和初级线圈一端，变压器初级线圈另一端接TOP224P。用VR1和D1来钳位变压器漏电感引脚的脉冲前沿尖峰。通过D3、C

9、L

3、C10整流滤波，再由7812稳压块进行稳压后，直接得到＋12V输出电压。变压器次级线圈通过D2、C

2、L

1、C3整流滤波后，产生＋5V直流输出电压。R

2、VR2组成一稳压电路，提高负载调整能力。次级线圈T1-4两端电压经D4、C 4整流滤波，提供TOP224P所需的偏置电压。L

2、C8可以减弱由变压器原端线圈和原端到副端等效容性阻抗产生的高压开关波形引起的共模电流。L

2、C6组成电磁干扰滤波器，减弱由变压器原端梯形电流的基波和高次谐波干扰产生的差模电流。C

5、R3与控制端阻抗ZC设置自启动周期。

综上所述，虽然开关电源的结构不尽相同，主脉宽调制振荡块/管也不一样，但工作原理基本相同。只要掌握了原理及各元器件作用，就不难进行维护和维修了。参考文献

［1］福州高乔电子有限公司，电源集成电路数据手册，1995.6 ［2］童诗白等•模拟电子技术基础•北京人民教育出版社，1981

11.开关电源的发展 篇十一

关键词：化学电源；发展史；原电池原理；螺旋式

文章编号：1005–6629（2016）12–0085–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

许多学者[1、2、3]从不同视角对原电池工作原理以及课堂教学设计作了细致的研究，对教师准确把握有关原电池的教学起到很大作用。本文试以“化学电源”的发展史为素材，遵循和挖掘化学史中所体现的科学发展规律，采用《物理化学》[4]中有关热力学电极电位等相关理论，对原电池原理做出全面解读（有关物理化学理论和计算，都出自该文献），理解“螺旋式上升”教材的编写理念及有关教学策略、设计的初衷[5]，以馈读者。

1 伏打电堆与Daniell电池

教学建议：让学生依据伏打电堆工作实景画出等效电路图，如图1（c）。

教学意义：许多学生开始对原电池的认识只停留在电流表指针会偏转这一“奇特”的现象上，教学中，教师引导学生通过画出等效电路图，可让学生深刻体会：原电池实际上就是一种电源装置。

比较伏打电堆与Zn|H2SO4|Cu所组成的单液电池发现：前者装置中并不存在一个显而易见的自发的氧化还原反应，而后者很容易得出装置中发生氧化还原反应是发生原电池反应前提的结论。

教学建议：与其先引入Zn|H2SO4|Cu所组成的单液电池有关实验，不如先展示伏打电堆这一最早的原电池，以避免学生产生电极必须参与反应的错误认知。

1.2 Daniell（丹尼尔）电池

科学家Daniell在1836年采用盐桥将两种电解质溶液连通起来的装置，解决了H+与金属Zn接触而发生反应的问题。盐桥中的阴、阳离子的迁移速率几乎相同，如K+和Cl-的迁移率非常接近，当盐桥插入到浓度不大的两电解质溶液之间的界面时，K+和Cl-向外扩散是接界面上离子扩散的主流，从而消除液接电位。

教学困惑：电解质溶液中的离子会进入盐桥吗——由于盐桥中的离子浓度很高，电化学反应中电解质溶液不会进入盐桥；若电解质是AgNO3溶液时，则不能使用KCl盐桥，而应使用NH4NO3盐桥，其道理一样——NH4+和NO3-的迁移速率也非常接近。

随着Daniell电池反应的进行，溶液中的c（Zn2+）升高，c（Cu2+）降低，在非标态下的E（Zn2+/Zn）变正，E（Cu2+/Cu）变负，最终E（Zn2+/Zn）=E（Cu2+/Cu），电流表指针归零。

此时，若在电池的ZnSO4溶液中继续加适量的固体ZnSO4溶解，在CuSO4溶液中加水稀释，则c（Zn2+）升高，c（Cu2+）降低，则将发生Cu|Cu2+电极失去电子，而Zn|Zn2+电极得到电子，发生的电极反应与Daniell电池反应刚好相反，其总反应为：Cu（s）+Zn2+（aq）=Zn（s）+Cu2+（aq）——是一个非自发的氧化还原反应。

对于Zn（s）+Cu2+（aq）=Zn2+（aq）+Cu（s）而言，该反应是放热反应，化学能转化为电能易于理解，但对于相反的过程，其电能又是如何产生的？

邢瑞斌等[7]在“能设计成原电池的反应一定是放热反应吗”一文中很好地回答了这一问题，认为放热反应不是发生原电池反应的必要条件，原电池反应是吸热反应时，完全可以理解成电池反应过程中吸收环境中提供的热量（开放体系的化学电池），认为原电池反应必须是放热反应是建立在孤立体系的前提下的，实际上，反应体系往往与外界有能量和物质的交换，相关案例不再赘述。

教学建议：对学生的学习过程，何尝不是如此？螺旋式上升的学习过程，对知识渐进感悟的过程是客观事实，一步到位的教学思想不可取。

2 采用《物理化学》中相关理论准确认识原电池工作原理

2.1 金属在盐溶液中的“溶解-沉积”平衡和双电层理论

金属在水溶液中存在着金属的“溶解-沉积”过程，金属与其一定浓度的盐溶液会形成一种动态平衡，金属越活泼（如金属Zn），越容易失去电子，Zn2+进入溶液的倾向越大，进入溶液的Zn2+受晶体负电荷的吸引，聚集到金属表面附近，形成一个正电荷层，与晶体上的负电荷层形成双电层，如图2（a）、（c），在正负电层之间产生了一定的电位差，金属铜也一样，只是产生的电位方向相反，如图2（b）。

教学建议：教师设问——Zn分别与Zn、Fe、石墨能否构成原电池，指针是否偏转？若把稀硫酸改成食盐水，电流表指针会偏转吗？

这样的设问可避免带来一个问题：学生原以为形成原电池需要两个电极材料不同的电极，给后续的教学带来不必要的负担——如苏教版《化学2》中在第42页就介绍了使用相同的电极（石墨）所组成的氢氧燃料电池。因此在教学中，不过分强调电极不同是发生原电池的必要条件是明智的。

教学意义：不同电极在不同的电解质溶液的电极电位不一样，因此“电源”的电动势也不一样；两个完全相同的金属电极在相同的电解质溶液中，不能形成电势差；若两电极的金属材料一样，而电解质溶液不相同，则还能形成电势差。那种形成原电池必须是两个不同材料的电极的观点是不恰当的。

疑难问题：许多教材中的Zn（s）|H2SO4（aq）|Cu（s）所组成的单液电池，在实验过程中，总能发现在Zn片表面有大量气泡产生，大多教师的解释：金属Zn是不可能绝对纯净的，其本身已然形成原电池，因此在Zn表面一定有H2产生。

了解了上述金属在盐溶液中存在的双电层现象，可以看到：在Zn表面本就聚集了“大量”的电子，溶液中的H+完全也可与Zn2+一样在双电层附近的金属表面得到电子（只要不是处处都有双电层结构存在即可），即锌的纯度若不是100%，锌表面就会有气泡产生。

教学建议：若先把锌片用砂纸打磨后，用蒸馏水冲洗掉其表面杂质，再用0.1 mol·L-1 HCl溶液清洗，将2/3长度的锌片浸入0.1 mol·L-1 HgCl2溶液中约20分钟，取出后用盐酸洗净表面不溶物，发现锌片表面附有一层光亮的锌汞齐。锌片经过上述处理后，然后进行Zn（s）|H2SO4（aq）|Cu（s）原电池反应，则在锌表面就不会有氢气产生，这是因为H+在汞表面的超电位很大，使得H2难以在Zn表面产生。

2.2 浓差电池的解读

总反应为非氧化还原反应是否能设计成原电池？现以解读浓差电池为例，说明该问题的可行性。

对于上述总反应为中和反应的原电池而言，高中阶段可这样解释：物质的氧化性或还原性不但与其浓度有关，H2的还原性还与溶液的pH有关，pH越大，H2越容易失去电子转化为H+或H2O，随着电池反应的进行，NaOH溶液的pH变小，H2SO4溶液的pH变大，最后两电极的H2被氧化和H+被还原的趋势一样时，电池停止工作。

教学应用：氧浓差电池——以Fe的锈蚀为例（如图3）。

教学冲突：这一化学现象和大多数学生的认知产生了较大的反差——有氧气的地方有铁锈，但铁却没有被腐蚀，没有氧气的或氧气浓度低的地方，铁却腐蚀了。2014年福建理综24题，如图3（c）实际上就是一种浓差电池，这在《金属腐蚀手册》第70页上有很详细的解读，在离海面近的区域氧含量高，得电子能力强，而离海面远的区域，氧含量比较低，得电子能力弱，造成的结果是铁闸的B点为原电池的正极，C点铁为负极，C点产生的Fe2+会迁移到正极的B点附近，然后Fe2+再与富氧区的O2作用，最终形成铁锈。

教学中，这样去理解是不错的选择：O2浓度越高，氧化性越强，首先发生反应，即在富氧区的氧气先得到电子，贫氧区为负极，贫氧区Fe反而发生腐蚀，如图3（a）中，左边的金属铁反而不容易腐蚀，但却锈迹斑斑，而右边的铁棒变细发生腐蚀。

教学总结：原电池的正负极的判据是电极过程到底是发生氧化还是还原反应，那种活泼金属为负极、不活泼金属为正极的结论是不恰当的。

教学建议：区别金属的腐蚀和生锈有其现实意义，可分析以下两个问题加以体会：（1）钉入木材的铁钉，长时间后，露在空气中的铁钉附着的铁锈多，而钻入木材的铁钉腐蚀严重，铁钉变细；（2）将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环（2011年浙江高考），如图3（b）。

2.3 设计原电池

所以说，形成原电池，并不一定需要在体系中发生自发的氧化还原反应，但必定存在电子得失，形成电势差是必要条件。

教学建议：把上述问题设计成强化性习题，让学生通过对各种信息的处理，充分感悟发生原电池反应的本质特征，使电化学有关知识的深度学习成为可能。

3 利用原电池原理设计的化学电源

3.1 干电池

20世纪50年代，为提高锌锰碱性干电池放电效率，其解决方案如下：（1）改变电解质酸碱性，使用KOH为电解质，提高电解质的pH——降低金属Zn与H+反应的可能性；（2）二氧化锰作去极化剂或正极材料——提高电池放电效率；（3）避免在正极产生H2——消除析氢过电位。

不管是碱性干电池还是酸性干电池，一般都加入汞或汞的化合物，这是因为：一是为了防止金属锌的自身腐蚀——干电池锌片表面有金属汞时，可以防止干电池中的H+放电得到氢气，防止金属锌与干电池中的氢离子反应而发生自放电现象（原因是金属汞是一种高超电位金属材料，超电势约为-1.0V，有金属汞在锌表面就难以释放出氢气，从而防止金属锌的溶解）；二是为了防止H+在碳棒表面产生氢气，从而提高电池的放电效率（同时使用去极化剂MnO2来吸收可能产生的H2）。

3.2 燃料电池

燃料电池的工作原理最早于1839年由英国科学家葛洛夫（Grove）證实，并在1948年创造了第一个燃料电池——氢氧燃料电池。进入20世纪以后，燃料电池由于其特有的零污染优势而得以迅速发展。

燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池基本相同，其单体电池是由正、负两个电极以及电解质组成，不同的是一般干电池的活性物质贮存在电池内部，因此限制了电池容量，而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件，因此燃料电池是名副其实地把化学能转化为电能的能量转换机器。

教学意义：燃料电池中的燃料和氧气，实际上就是不断补充正极和负极材料，使得电池能长时间工作，增强环保意识。

3.3 锂离子、钠离子和铝离子电池

随着人们环保意识的日益增强，铅、汞等有毒金属的使用日益受到限制，在1970年发明了传统铅酸电池的替代者——锂离子电池。

锂离子电池充电时，Li+强行进入石墨层，如图4（a），利用电能，把“电”存在石墨中（发生还原反应），把“电”贮存的过程，就是电能转化为化学能的过程。

锂离子电池放电时，被嵌入的Li+自发释放而脱出，石墨层释放出电子，发生氧化反应，而正极材料得到Li+发生还原反应，电解质中的有机阴离子因“行动极其缓慢”一般不参与导电，对电流无贡献，如图4（b）。

铝离子电池和锂离子电池的最大不同是石墨层充电情景不同，铝离子电池充电时，石墨层是释放电子，AlCl4-离子（阴离子）嵌入。

教学素材：为什么是锂离子电池而不是其他离子电池？锂离子的特点：锂离子半径小，容易在正极和负极材料之间脱出和嵌入，因此找到和锂离子半径相近的，便宜的阳离子电池——钠离子电池的开发也进入了崭新的时代。

化学能归根到底来自于太阳能，若能直接把太阳能转化为人类所需要的电能，不但实现低碳的现实目标，且太阳能可谓取之不尽，利用太阳能直接转化为电能才是长远之计。

4 利用太阳能设计电池

4.1 光化学电池

如图5是一种光电池，其中一个半电池内装有1 mol·L-1的氯化钾及一支银棒，另一半电池内则装有氯化亚铜及一支白金丝。当此电池受光照射时，氯化银会立即转变成银原子与氯原子，而氯原子会暂时吸附在氯化银上[简记为Cl（AgCl）]。

光照时：AgCl（s）=Ag+Cl，Cl吸附在AgCl（s）表面，称为吸附氯，有很强的氧化性，其Eθ=3.80V，Cu+（aq）-e-→Cu2+（aq），Eθ=0.15V。电池组成：（-）Ag（s），AgCl（s），Cl|KCl（aq）‖CuCl2（aq）|CuCl（s），Pt（s）（+）。

4.2 光伏发电

1839年法国科学家贝克勒尔（Becqurel）发现的“光伏效应”为太阳能电池的问世奠定了理论基础，1854年美国贝尔研究所首先研制了第一块实用型的单晶太阳能电池，图6为光伏电池与氮化镓光电池示意图。

向晶体硅中参杂了磷、砷等元素后便形成了N型硅（能释放电子，成为电子型半导体），参杂了硼、镓等元素后便形成了P型半导体（能俘获电子，成为空穴型半导体）。当太阳能电池受到照射后，P型硅俘获的电子接受光能向N型区移动，使N型区带负电；同时空穴向P型区移动，使P区带正电，这样在P-N两端便产生了电动势。

教学设问：氮化镓光电池是原电池反应还是电解？由于整个回路中，无外加电源存在，因此不可能是电解，只能是原电池，但该原电池反应显然需要借助开放体系中的能量（太阳能）。最令人迷惑的是——氮化镓光电池的产物是甲烷和氧气，把甲烷和氧气组成燃料电池又可转化为电能，至此，假如去纠结这类装置到底是原电池还是电解池就无意义了。

教学意义：让学生细细品味化学电源工作原理，深度学习原电池有关知识，体验电化学本质特征。

5 结束语

从伏打电池、丹尼尔电池发现了“电”，到干电池的商业化和铅蓄电池的化学“存电”，发展到低污染的燃料电池以及锂离子电池利用石墨来“贮电”，最后到光电池以及光伏发电等利用太阳能直接“发电”，化学能与电能的相关研究经历了300多年。在科学的道路上，是艰辛、不平坦的，但正是人们的不懈追求，才使得人类的物质文明如此灿烂。

电极材料相同，但只要电极所处的环境不一样，电极电位就会不一样；总反应是非氧化还原反应，但只要电极过程有电子得失；总反应是吸热反应，但只要不是孤立体系，外界提供能量，就都能发生原电池反应；但是形成由电解质溶液组成的闭合回路和电池反应过程中有电子得失的前提是必不可少的。

纵观化学电源的发展史，从能量角度上，化学电源都是存在这样的过程：太阳能（或热能或电能等）→化学能→电能，其中电能转化为化学能，就是电解。值得注意的是：最初的原电池的确只是发生化学能→电能的过程，但随着实用电池的发展，各种能量转化过程完全可以在同一装置（电池）中发生。

参考文献：

[1]王灿.化学史中的科学发展观：以“化学电源”教学设计为例[J].化学教学，2014，（8）：31～34.

[2]周庆华，王仲如.对原電池工作原理的探讨[J].化学教育，2016，（1）：38～39.

[3]江敏.发现人类思维的脉络：“原电池”教学实践与思考[J].中学化学教学参考，2014，（12）：1，5～9.

[4]傅献彩，陈瑞秋主编.物理化学[M].北京：高等教育出版社，1980.

[5]杭伟华.基于教材“螺旋式上升”编写理念的教学设计研究——以“原电池”教学为例[J].化学教学，2015，（12）：29～33.

[6]但世辉，陈莉莉.电池300余年的发展史[J].化学教育，2011，（7）：74～76.