中心議題：

• 工業應用場合的特殊性使得工業電源需要滿足更苛刻要求
• 如何綜合考慮多方麵因素，更好地把握工業電源的設計
• 超級電容在工業電源方麵的妙用
• 工業電源的可靠性設計

工業應用場合中使用的電源係統有明顯的特點：在這些係統中
，為了滿足空間的需求，常常需要使用功率密度較高的電源；有些工業應用場合例如采礦業常常麵臨惡劣的操作環境，一旦出現電源故障，維護起來就十分艱難
，這對電源係統的安全性、可靠性和耐用性提出了更高的要求；在用電設備眾多的工業環境中

，為了克服設備間的幹擾
，電源還必須有很強的抗幹擾和電磁兼容能力……

zongzhi
，zaigongyechanghe，dianyuanxitongzaigefangmiandouyougenggaodexuqiu，erzheyangdexuqiuzhengzaitongguobuduanjinbudejishuhewanshandedianyuanmokuaishejiyuelaiyuehaodibeimanzu。liru，yuelaiyueduodegongyemokuaidianyuanzhengxiangqijianfazhan。suizhemokuaigongyedianyuanjichenghuaheyizhixingshejidetuijin，mokuaideyingyongyeriqubiaozhunhua
，yingyongdianluyuelaiyuejiandan
，xuanxingyebiandexiangduirongyi。gemokuaigongyedianyuanchangshangyijingkaishijinxingqijianhedianludezhenghelaijinliangjiangdichengben，tigaojingzhengli。

本期專題
，我們就將焦點對準工業電源的應用設計和趨勢，看看應該如何綜合考慮多方麵因素
，更好地把握工業電源的設計。

超級電容正在越來越多地用於工業電源係統

超級電容在工業電源係統中的使用越來越多。它的功率密度表現非常突出，還具有循環壽命長
、功率密度大

、充放電速度快、高溫性能好、容量配置靈活、環境友好免維護等優點。但目前單體電容器電壓偏低，僅為1～3V
，故必須采用多個電容器串並聯

，構成超級電容器儲能組以滿足電壓能量的等級要求。

超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)儲(chu)能(neng)係(xi)統(tong)原(yuan)理(li)圖(tu)如(ru)下(xia)。當(dang)向(xiang)電(dian)極(ji)充(chong)電(dian)時(shi)，處(chu)於(yu)理(li)想(xiang)極(ji)化(hua)電(dian)極(ji)狀(zhuang)態(tai)的(de)電(dian)極(ji)表(biao)麵(mian)電(dian)荷(he)將(jiang)吸(xi)引(yin)周(zhou)圍(wei)電(dian)解(jie)質(zhi)溶(rong)液(ye)中(zhong)的(de)異(yi)性(xing)離(li)子(zi)，使(shi)這(zhe)些(xie)離(li)子(zi)附(fu)於(yu)電(dian)極(ji)表(biao)麵(mian)上(shang)形(xing)成(cheng)雙(shuang)電(dian)荷(he)層(ceng)，構(gou)成(cheng)雙(shuang)電(dian)層(ceng)電(dian)容(rong)。由(you)於(yu)兩(liang)電(dian)荷(he)層(ceng)的(de)距(ju)離(li)非(fei)常(chang)小(xiao)（一般 0.5mm 以下）
，再加之采用特殊電極結構，使電極表麵積成萬倍的增加

，從而產生極大的電容量。  
超級電容在工業方麵的兩個典型應用包括：

1）可再生能源發電係統/分布式電力係統
在(zai)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)發(fa)電(dian)或(huo)分(fen)布(bu)式(shi)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)中(zhong)，發(fa)電(dian)設(she)備(bei)的(de)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)具(ju)有(you)不(bu)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)不(bu)可(ke)預(yu)測(ce)性(xing)的(de)特(te)點(dian)。采(cai)用(yong)超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)儲(chu)能(neng)
，可(ke)以(yi)充(chong)分(fen)發(fa)揮(hui)其(qi)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)大(da)、循環壽命長、儲能密度高、無需維護等優點，既可以單獨儲能，也可以與其他儲能裝置混合儲能。超級電容器與太陽能電池相結合，可以應用於路燈
、交通警示牌、交通標誌燈等。超級電容器還應用於風力發電、燃ran料liao電dian池chi等deng分fen布bu式shi發fa電dian係xi統tong

，可ke以yi對dui係xi統tong起qi到dao瞬shun間jian功gong率lv補bu償chang的de作zuo用yong
，並bing可ke以yi在zai發fa電dian中zhong斷duan時shi作zuo為wei備bei用yong電dian源yuan，以yi提ti高gao供gong電dian的de穩wen定ding性xing和he可ke靠kao性xing。

2）變頻驅動係統的能量緩衝器
超(chao)級(ji)電(dian)容(rong)器(qi)與(yu)功(gong)率(lv)變(bian)換(huan)器(qi)構(gou)成(cheng)能(neng)量(liang)的(de)緩(huan)衝(chong)器(qi)
，可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)電(dian)梯(ti)等(deng)變(bian)頻(pin)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)。當(dang)電(dian)梯(ti)上(shang)升(sheng)時(shi)，能(neng)量(liang)緩(huan)衝(chong)器(qi)向(xiang)驅(qu)動(dong)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)直(zhi)流(liu)母(mu)線(xian)供(gong)電(dian)，提(ti)供(gong)電(dian)機(ji)所(suo)需(xu)的(de)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)；在電梯減速下降過程中，吸收電機通過變頻器向直流母線回饋能量。

在太陽能LED路燈係統中
，超級電容就充當了重要的一部分。由光伏電池陣列

、光伏控製器、超級電容
、充電控製器、蓄電池、電流變換器
、LEDfuzaizucheng，lianjiejiegouruxiatusuoshi。chaojidianrongkuajiezaizhiliumuxianhedixianzhijian，yongyubaochizhiliumuxiandedianya
，binghuanchongguangfudianchitigongdeguodanengliang
，zaishidangdeshihoufangdianyimanzuxudianchidechongdianxuyaohefuzaidegongdianxuyao。

另一個應用實例就是智能水表。傳統的智能水表在控製水閥開啟和關斷時，普遍采用的方法是內裝鋰電池。鋰電池的優點在於重量輕
、能量大
、自放電率低等。雖然如此，由於智能水表都沒有設計再充電電路,鋰電池使用到一定時間後,將無法為控製電路提供能量,不得不更換電池。上門為用戶更換電池或水表,zheduiyushuibiaoshengchanchangjiahezilaishuigongsilaishuodoushiyijianfansuodeshi。gengweixiandeshi
，dianchidianliangbuzudeqingkuangchuxianshisuijide，ruguobujingquehejishidejiancedianchidianliang,將無法可靠的關斷水閥,造成無法計費、逃水現象等情況出現。為了解決這一製約智能水表發展的瓶頸問題，已有不少廠家嚐試一種全新的方案,那就是用超級電容代替鋰電池應用於智能水表。超級電容是近幾年才批量生產的一種無源器件，介於電池與普通電容之間,具有電容的大電流快速充放電特性,同時也有電池的儲能特性
，並且重複使用壽命長，放電時利用移動導體間的電子(而不依靠化學反應)釋放電流從而為設備提供電源。

延伸閱讀：

超級電容在太陽能路燈設計中的應用：http://m.0-fzl.cn/art/artinfo/id/80011588
超級電容在智能水表中的應用方案：http://m.0-fzl.cn/art/artinfo/id/80014256
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工業電源的可靠性設計

元器件直接決定了電源的可靠性，為剔除不符合使用要求的元器件
，包括電參數不合格、密封性能不合格、外觀不合格、穩定性差、早期失效等
，應進行篩選試驗，這是一種非破壞性試驗。通過篩選可使元器件失效率降低1~2個數量級

，當然篩選試驗代價(時間與費用)很大，但綜合維修
、後勤保障、整架聯試等還是合算的，研製周期也不會延長。電源設備主要元器件的篩選試驗一般要求包括：電阻在室溫下按技術條件進行100%測試,剔除不合格品；普通電容器在室溫下按技術條件進行100%測試,剔除不合格品；接插件按技術條件抽樣檢測各種參數。

在設計方麵也要注意，開關管選用MOSFET能簡化驅動電路,減少損耗；輸出整流管盡量采用具有軟恢複特性的二極管；應選擇金屬封裝

、陶瓷封裝
、玻璃封裝的器件.禁止選用塑料封裝的器件；設計時盡量少用繼電器,確有必要時應選用接觸良好的密封繼電器；xishoudianrongqiyukaiguanguanheshuchuzhengliuguandejuliyingdanghenjin，yinliuguogaopindianliu，guyishengwen，suoyiyaoqiuzhexiedianrongqijuyougaopindisunhaohenaigaowendetexing。

jingchangbeirenhulvedehaiyoushiyinshuadianlubandekekaoxingwenti。zhaomuqiandequshikan，yinshuadianlubandemianjiyuesuoyuexiao，danxuyaochulidedianliuliangzeyuelaiyueda，yincidianliumidudezengjiakenenghuiyinzhiyinbishihuoqitatongkongwufazhixingzhengchanggongneng。

當然為了保證可靠性
，必須要考慮到保護電路。下麵是一種較為完善的保護電路。借助它我們可以很容易地構成輸入過/欠壓保護，輸出過/欠壓保護，以及過熱保護。

T1為鑒流線圈
，初級線圈以半匝串接入主振蕩管的D極（場效應管）或C極（晶體三極管）。這樣接的最大好處在於，首先鑒流線圈能最大程度地感應到主振蕩管電流的變化情況，其次
，鑒流線圈後級接法基本上是通用型PWM整流
、濾波線路。和一般鑒別電源總電流的方法相比，鑒流輸出功率大，易於後級的再處理；鑒流輸出的電壓VOP1隨sui電dian源yuan輸shu入ru電dian壓ya變bian化hua較jiao小xiao，其qi值zhi主zhu要yao取qu決jue於yu振zhen蕩dang管guan上shang的de電dian流liu脈mai動dong波bo形xing的de積ji分fen。這zhe樣yang就jiu對dui輸shu入ru電dian壓ya的de低di端duan與yu高gao端duan能neng得de到dao基ji本ben相xiang同tong的de過guo流liu保bao護hu特te性xing。

延伸閱讀：

生產環境對電源模塊可靠性的影響：http://m.0-fzl.cn/art/artinfo/id/80001400
高性能電源保護電路：http://m.0-fzl.cn/art/artinfo/id/80014366
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邁向綠色的工業電源

節能型電源是大勢所趨，而近幾年來，“能源之星”的實施對設計和製造高性能的節能型電源起到了推波助瀾的作用；國際能源署(IEA)倡導的“1瓦計劃”提出在2010前
，要將所有電器的待機能耗降至1瓦以下；80 PLUS標準要求台式PC機的效率在不同負載條件下都要高於80%；歐洲IEC555管理條例規定，功率超過75W的產品就需要增加PFC；美國加州能源委員會(CEC)則出台了針對外部電源的強製性能效標準。工業電源中使用的各種產品如IGBT模塊
、電容
、電阻等元器件當然也正順勢而動

，朝著綠色的方向邁進。

在AC/DCzhuanhuandeqifangmian，xiaolvjiyuyuancailiaobenshenxiangguan，yeshejishejifuzachengduheshejijiqiaodewenti。zhenduijutigonglvyingyongxuqiuxuanzeheshidegongzuomoshi
，youhuacailiaodexuanyongbingcaiyongheshideshejijiqiao，nenggouyouxiaoditishengzhuanhuanxiaolv。chulecaiyongsunhaojiaodideqijian，gaishanAC/DC電源性能主要可利用諧振轉換
、同步整流等技術來實現。也可以通過新型的PFC結構提高效率
，如無橋PFC和交錯式PFC等。交錯式PFC控製器可幫助設計人員簡化電源設計，提高係統可靠性，實現更高的功率因數與額定效率。

對於DC/DC轉換器而言

，開關損耗是決定其能效的關鍵因素之一。軟開關技術或者低柵電荷FET開關等都是降低開關損耗的有效手段。此外，當負載很小或處於空載待機狀態時
，可利用新型的工藝和控製方法(如SMARTMOS矽片工藝
、脈衝跳頻技術
、突發模式等)實現待機電流的最小化
，從而使DC/DC轉換器在整個負載範圍內保持高效率。

從電源架構入手是改善能效的另一種途徑。電源架構的功效取決於係統級需求
、采cai用yong的de元yuan件jian和he設she計ji拓tuo撲pu。目mu前qian分fen布bu式shi架jia構gou應ying用yong得de十shi分fen廣guang泛fan，這zhe種zhong架jia構gou具ju有you最zui優you的de調tiao整zheng精jing度du和he瞬shun態tai響xiang應ying，可ke以yi向xiang負fu載zai提ti供gong更geng好hao的de加jia載zai和he線xian性xing調tiao整zheng率lv以yi及ji良liang好hao的deEMI性能。另一方麵
，根據係統的大小，規劃混合型的總線結構也能降低係統風險和成本。

延伸閱讀：
綠色開關電源設計需注意的要點：http://m.0-fzl.cn/art/artinfo/id/80009766
中小功率綠色開關電源設計與研究：http://m.0-fzl.cn/art/artinfo/id/80012144