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現代電源技術是應用電力電子半導體器件,綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用,是現代電力電子技術的具體應用。
當前,電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用,實現高效率和高品質用電相結合。
1.電力電子技術的發展
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為“開關變換類電源”,其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。
3.3數字化
在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。
現代電力電子技術是開關電源技術發展的基礎。隨著新型電力電子器件和適于更高開關頻率的電路拓撲的不斷出現,現代電源技術將在實際需要的推動下快速發展。在傳統的應用技術下,由于功率器件性能的限制而使開關電源的性能受到影響。為了極大發揮各種功率器件的特性,使器件性能對開關電源性能的影響減至最小,新型的電源電路拓撲和新型的控制技術,可使功率開關工作在零電壓或零電流狀態,從而可大大的提高工作頻率,提高開關電源工作效率,設計出性能優良的開關電源。
總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。
參考文獻
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(2)季幼章:迎接知識經濟時代,發展電源技術應用,電源技術應用,N0.2,l998
(3)葉治正,葉靖國:開關穩壓電源。高等教育出版社,1998
首先,直擊雷在經過接閃器之后泄放入地,促使地網電位提高,通過相應的線路侵入電子設備中,進而導致其出現地電位反擊的現象。其次,在雷電流沿著引下線進入地面的時候,就會在周邊形成一定的磁場,就會導致其附近的金屬物體上出現感應電流,進而出現過電壓的情況。最后,當室外的:請記住我站域名通信線與電源線受到直擊雷或者感應雷之后,出現的雷電流或者過電壓就會沿著相應的線路入侵,進而傳輸到電子設備上,對其產生一定的破壞。
2防雷技術的三級保護
在對通信電源及其電子設備進行防雷保護的時候,根據《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010標準中有關雷擊概率計算環境參數的選用,以及根據《通信局防雷與接地工程設計規范》YD5098-2005標準中關于波能量換算計算公式,可以對電源系統低壓側采取不同級別的防雷保護,通常情況下將其分為一級、二級、三級三個保護等級,在實際工作中,按照不同的保護等級選擇具有適合電壓保護水平以及額定通流容量的電源避雷器,并且確保避雷器具有一定耐雷擊的性能。從原則上而言,每一級交流電源之間的連接導線都不可以大于15米,在實際安裝過程中,一定要嚴格按照相關設計要求開展施工,加強相應的防雷保護措施。
2.1一級保護
通常情況下,一級保護主要針對的就是直擊雷,防止其沿著相應的線路侵入室內對相應的電子設備產生一定的破壞,主要就是泄放雷能量。作為一級保護技術,一定要選用25kA/線、10/350s的額定通流容量,對從總電源前端侵入的高壓脈沖進行吸收,避免建筑物內大型電子設備或者內部感應電磁脈沖出現瞬間的尖鋒脈沖或者高壓,進而對配電系統產生一定的影響。一級保護作為配電系統防雷的總保護措施,對配電系統中電子設備免受雷擊起到了非常重要的保護措施。
2.2二級保護
根據防雷設計的機理與雷區劃分的內容,可以在電源柜上設置一個三相防雷器,選用20kA/線、8/20s的額定通流容量,進而對從配電前端侵入的高壓脈沖進行吸收,同時對內部的過電壓也要進行相應的吸收,除此之外,對電磁脈沖產生的高壓瞬時脈沖進行相應的吸收。
2.3直流電源保護
在直流電源柜里設置一個直流電源防雷器,選用10kA/線、8/20s的額定通流容量,視其為設備的精細防護,對內部的過電壓進行一定的吸收,同時也要吸收電磁脈沖產生的高壓瞬時脈沖,進而降低配電前端傳來的雷電流,使其達到電子設備可以承受的安全范圍以下,確保直流電源的安全。
本文探討電子產品中的能量損耗并探討用于減少能量損耗的技術。如果廣泛應用這些技術，潛在的能源支出將節省達到每年600億美元。如果你是電源電子產業的專才，這就是你躋身“綠領”的機會。一些實據 如今，美國每年的碳排放量是27.5億噸。如果延續當前的軌跡，到2050年將增加超過40％。這排放的一大來源便是烘烤和烹調系統、照明、電器和電子設備中所使用的電力。電源電子工程師在保護地球寶貴的資源中能夠發揮重要的作用。下面是一個簡要分析。
1 美國所有電力應用中的6％～10％是在電源從交流(AC)轉換到直流(DC)。
2 由于現有電源效率欠佳，美國所有電力消耗的3％～4％是在電源內部消耗的。
3 以更好的設計、使用IC控制器、場效應管(FET)和二極管等最新的電子元器件來增加電源的效率，能節省美國所有電力消耗的1％～2％，也就是每年30～60億美元的節省潛能。
上述分析提供了電源轉換機會的寬泛估計，但缺乏必要的詳細數據，那么，就讓我們研究得更深一點……
住宅用電部分
美國每年的住宅電能消耗總量達13000億kWh。其中，17％來自“插頭負載(plug load)”，耗電量達到2210億kWh。這部分的電能消耗可劃分為占31.1％(687億kWh)的信息技術產品，占41.3％(913億kWh)娛樂產品，“其他”占27.6％(610億kWh)。圖1顯示了這種電能消耗劃分。
如果只計算IT和娛樂產品的話，其電能消耗就是1600億kWh。按照每0.1美元／kWh計算，每年的電能支出就是160億美元。將這些用電設備的效率提升20％(務實的目標)，就能夠節省32億美元，可與早前30～60億美元的數字相比，而后者還包含了商業用電部分。
商業用電部分
美國每年的商業部分電能消耗為12300億kWh，其中9％(1107億kWh)來自辦公設備。假設辦公設備的電能消耗能夠降低15％，潛在的電能節省達166億kWh，以0.10美元／kWh計算，就接近17億美元。
將不同部分的節省潛能相加
對于美國而言，如果提升常見電子產品的電源效率，結合住宅和商業用電部分能夠節省總額達49億美元的電能開支。更高效的產品工作模式設計所帶來的節省還能夠產生更多的效益。
功率是如何損耗的，針對功率損耗采取了什么措施
在電子設備，功率損耗分為兩部分，分別是待機損耗和工作損耗。待機損耗在設備(計算機、電池充電器、電視機等)關閉時出現，這時設備仍在消耗功率；而工作損耗則是由通常在電源中的電源轉換階段的低效所導致。在家庭應用中，待機損耗預計占到總損耗的25％，而工作損耗占余下的75％。
近年來，所做的很多工作都旨在提升公眾對電能節省的興趣，而世界各國政府啟動了很多自愿性和強制性的項目來促進更高效產品的設計和電能更被善用。在美國，最成功的一個例子就是“能源之星”(ENERGY STAR)，這是一個自愿性項目，旨在推廣更高效的產品，并鼓勵消費者來購買這些產品。“能源之星”項目的基本途徑是調查現有產品，并設定一個產品要獲得ENERGY STAR標簽所必須符合的閾值，如圖2所示。
另外一個例子：80 PLUS計劃
如省略/網站上所述，“80 PLUS計劃是一個開創的平臺，聯合電力公用機構、計算機產業和消費者，在計算機和服務器應用中，以突破性的方法來推廣高能效電源。”這規范要求在滿載的20％、50％和80％下都具有80％或更高的電源效率，并具有0.9或更高的功率因數。這個計劃啟動于2004年，由美國的Ecos Consulting管理。如今，超過450款臺式電腦電源已經獲得80PLUS標簽認證。此后世界各地出現了越來越多的類似規范。
功率因數校正
除了低待機能耗和高工作效率，第三個要求――高功率因數，通常也非常重要，80 PLUS規范對此就有要求。在大多數國家，在連接至主電源的輸入功率為75W或更高的產品中需要低輸入電流諧波。在開關電源中，這個要求通常以增加功率因數校正(PrC)升壓預穩壓器來實現。這種升壓預穩壓器改變輸入電流，來匹配輸入電壓。這就將輸入諧波減到最少，并降低了輸入電流的均方根(rms)值。這就節省了電力公司生產無功功率的成本，并將電力基礎設施高昂的擴展成本減到最小，為電網提供更大的電流。
電源電子設計人員面對的三重挑戰
在待機能耗和工作效率要求之外再增加PFC要求，就構成了當今節能型電源轉換的景象。如今的電子產品包括電源的設計人員，必須洞悉這三項要求，并且隨時準備在設計的時候將其考慮在內。僅就清楚這三項要求而言就是一項挑戰，因為世界各地圍繞這些要求的規范標準正不斷涌現。
為了符合這些不斷演進的要求所面對的挑戰，電源管理制造商協會(PSMA)，省略，已經開發出一個交互式能量規范數據庫，方便電源設計人員快速地瀏覽不同地區、應用、國家或機構的規范。如今，隨著不同規范易于獲知，設計人員已經準備好為拯救地球展開工作!
電源能效設計
當前，電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎，正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來，電力電子技術將使電源技術更加成熟、經 濟、實用，實現高效率和高品質用電相結合。
1. 電力電子技術的發展
現代電力電子技術的發展方向，是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學，向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件，表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1 整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供，但是大約20%的電能是以直流形式消費的，其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮，目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2 逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機，交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代，隨著變頻調速裝置的普及，大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出，靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變，但工作頻率較低，僅局限在中低頻范圍內。
1.3 變頻器時代
進入八十年代，大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展，為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合，出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世，導致了中小功率電源向高頻化發展，而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現，又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世，是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計，到1995年底，功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步，而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率，使其性能更加完善可靠，而且使現代電子技術不斷向高頻化發展，為用電設備的高效節材節能，實現小型輕量化，機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2. 現代電力電子的應用領域
2.1 計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會，同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代，計算機全面采用了開關電源，率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展，提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源，根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定，桌上型個人電腦或相關的外圍設備，在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦，就符合綠色電腦的要求，提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言，電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2 通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中，通常將整流器稱為一次電源，而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中，傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代，高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作，開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內，實現高效率和小型化。近幾年，開關整流器的功率容量不斷擴大，單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多，其電源電壓也各不相同，在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊，從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓，這樣可大大減小損耗、方便維護，且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上，對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加，通信電源容量也將不斷增加。
2.3 直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制，同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能，并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源)， 同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化，模塊采用高頻PWM技術，開關頻率在500kHz左右，功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展，要求電源模塊實現小型化，因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構，目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊，功率密度有較大幅度的提高。
2.4 不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流，一部分能量給蓄電池組充電，另一部分能量經逆變器變成交流，經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量，另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件，電源的噪聲得以降低，而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入，可以實現對UPS的智能化管理，進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速，已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5 變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速，其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要，已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓，然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器， 將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出，電源輸出波形近似于正弦波，用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期，日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年，其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調，96年引進生產線生產變頻空調器，逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外，還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略，精選功能組件，是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6 高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源，代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化，這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流，IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波，經高頻變壓器耦合， 整流濾波后成為穩定的直流，供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣，頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中，因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題，也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器，通過對多參數、多信息的提取與分析，達到預知系統各種工作狀態的目的，進而提前對系統做出調整和處理，解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A，負載持續率60%，全載電壓60~75V，電流調節范圍5~300A，重量29kg。
2.7 大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV，電流達到0.5A以上，功率可達100kW。
自從70年代開始，日本的一些公司開始采用逆變技術，將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻，然后升壓。進入80年代，高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件，將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源，取消了高壓變壓器油箱，使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制，市電經整流變為直流，采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓，然后由高頻變壓器升壓，最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下，輸出直流電壓達到55kV，電流達到15mA，工作頻率為25.6kHz。
2.8 電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時，將向電網注入大量的諧波電流，引起諧波損耗和干擾，同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象，即所謂“電力公害”，例如，不可控整流加電容濾波時，網側三次諧波含量可達(70~80)%，網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置，能克服傳統LC濾波器的不足，是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓，還反饋輸入平均電流; (2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9 分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件，利用最新理論和技術成果，組成積木式、智能化的大功率供電電源，從而使強電與弱電緊密結合，降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力，提高生產效率。
八十年代初期，對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期，隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現，結合大規模集成電路和功率元器件技術，使中小功率裝置的集成成為可能，從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始，這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點，論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納，也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合，如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3. 高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源，傳統的電路非常龐大而笨重，如果采用高頓開關電源技術，其體積和重量都會大幅度下降，而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中，更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率，從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術，更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1 高頻化
理論分析和實踐經驗表明，電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz，提高400倍的話，用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的 5~l0%。無論是逆變式整流焊機，還是通訊電源用的開關式整流器，都是基于這一原理。同樣，傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合 閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造， 成為“開關變換類電源”，其主要材料可以節約90%或更高，還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高，促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化，帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益，更可體現技術含量的價值。
3.2 模塊化
模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊，含有一單元、兩單元、六單元直至七單元，包括開關器件和與之反并聯的續流二極管，實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年，有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去，構成了“智能化”功率模塊(IPM)，不但縮小了整機的體積，更方便了整機的設計制造。實際上，由于頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重，對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性，有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM)，它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中，使元器件之間不再有傳統的引線連接，這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、 機械方面的設計，達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片，再把整個模塊固定在相應的散熱器上，就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見，模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機體積，更重要的是取消傳統連線，把寄生參數降到最小，從而把器件承受的電應力降至最低，提高系統的可靠性。另外，大功率的開關電源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮，一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作，采用均流技術，所有模塊共同分擔負載電流，一旦其中某個模塊失效，其它模塊再平均分擔負載電流。這樣，不但提高了功率容量， 在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求， 而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊，極大的提高系統可靠性，即使萬一出現單模塊故障，也不會影響系統的正常工作，而且為修復提供充分的時間。
3.3 數字化
在傳統功率電子技術中，控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代，電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是，現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要，數字信號處理技術日趨完善成熟，顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調，也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以，在八、九十年代，對于各類電路和系統的設計來說，模擬技術還是有用的，特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC) 問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決，離不開模擬技術的知識，但是對于智能化的開關電源，需要用計算機控制時，數字化技術就離不開了。
3.4 綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電， 這意味著發電容量的節約，而發電是造成環境污染的重要原因，所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染，國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準，如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上，許多功率電子節電設備，往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流，使總功率因數下降，使電網電壓耦合許多毛刺尖峰，甚至出現缺角和畸變。20世紀末，各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生，有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。
通信電源專業課程群的總體規劃，課程群劃分的標準與其他通信專業方向劃分類似，都是以能否適應通信企業的需求為導向。高職通信電源專業開設了通信電源設備維護方向和開發方向。通信電源和電子技術課程聯系化教學設計規劃首先應在通信電源設備維護方向嘗試，因為高職學生以后就業方向就是上崗應用。在經過實踐后，開始向通信電源專業方向其他知識關聯的方向延伸，最后擴大至其他通信專業教學的范圍。對跨課程聯系庫的項目資源進行通盤設計既要考慮理論知識的傳授，又要關注基本技能的掌握，同時也要定期更新教學資源庫，及時了解學生掌握知識的能力，使課程之間的聯系、老師和學生之間的聯系更具有靈活性。例如在整流UPS的教學中為了保證學生教學的學習積極性，要經常介紹新的控制技術的發展、高智能化集中監控系統的動向。將電子技術的新發展和通信電源專業的發展有機地結合來講授。項目庫最好是每兩年更新一次。在高職的教育中主要是突出學生的動手能力和理論聯系實際的能力，高職通信電源的學習也是如此。通信電源的每一次大發展都和電子技術的大發展是分不開的。例如在電子技術中采用大功率開關管的高頻開關整流電源電路，與傳統采用工頻變換技術的相控電源相比是一次很大的電子技術上的突破，導致通信電源變換技術的大發展。學生在領悟通信電源技術的基礎上，要求能了解電子技術的發展動向，突出學生在電子技術方面的動手能力。針對通信電子技術課程內容多課時少的特點，將通信電子技術的內容分為有機的幾個部分，提出了新的課程內容設置思路，即：以模擬電子技術的放大電路、負反饋為基礎，講述通信電源的變換電路。以電路與信號的傅里葉級數為基礎，講述通信電源調制與解調的應用。以數字電子技術的邏輯電路為基礎，講述通信電源的油機、不間斷電源的控制應用。兼顧當前技術發展，這種內容設置方法有利于學生掌握課程核心內容，這樣在教學過程中即能讓學生理解通信電源的應用又能兼顧通信電子技術課程內容多課時少的特點，從而優化課堂教學內容。在通信電源課程展開前一定要讓學生建立通信電子技術的概念。普通的電子技術教學和通信電子技術的教學是有所不同的。通信電子技術更具有針對性，通信電子技術針對的是本通信專業所需的電子技術的內容，概念深奧難懂，電路復雜多變，學生基礎差，很容易產生厭學的情緒，所以在實踐中要注重學生對本專業培養，激發學生對通信電子技術的學習興趣，如開設“對講機”“發射機”通信電子技術實驗。“通信電子技術”是通信技術、電子技術兩者交叉的新興學科，是通信電源、通信工程及其移動通信專業的專業基礎課，是一門理論與應用相結合，實踐性很強的課程，也是發展很快的學科，它不僅能為通信工程及其移動通信等各相關專業的在校學生打下堅實的理論基礎，同時也可為從事與電能變換、柴油機、開關電源、電力系統等相關領域工作的工程技術人員提供現代高新技術的重要基礎知識，在通信專業人才培養中占有重要地位。由于通信電子技術的電路原理復雜、概念深奧難懂，應用變換多樣，學生們在學習過程中會覺得難學難懂，因此，我們對課程進行了教學方法、教學內容、教學實驗和教學手段等環節的改革，除了讓學生掌握課程知識外，更重要的是提高自學能力、創新能力以及團隊協作能力，在實際操作過程中，安排專人負責制度。例如作為下一代通信核心機房（NGN系統、5G系統）的供電設備應該是要求極高的供電設備，其供電方式必須做到能消除單點的供電故障，電源質量要求高、可靠性好、效率高、監控完善。能滿足下一代通信核心機房的供電設備要求的非直流電源（-48V系統）不可。在教學過程中要引導學生如何很好掌握新一代通信電源的基礎知識，引導學生把握信新一代通信電源發展變革方向，鼓勵學生自學新知識、學習新技術。
2高職通信電源中電子技術課程聯系化教學設計舉例
通信電源和電子技術有很強的聯系性和依賴性，這種聯系性和依賴性雖然也能跨越到其他通信專業課程，但通信電源和電子技術的聯系性和依賴性更高。高職學生的特點之一是學習不積極、高中理科基礎差、自學能力低，對知識的連貫性掌握技能就更差。項目庫中每個項目的實施需要相關課程群合作完成，例如將電子技術中的功率因數概念的教學和通信電源的直流不間斷電源中的有源功率因數校正電路結合起來講，學生更易于對功率因數概念的理解，也能很好地掌握通信電源的直流不間斷電源中的有源功率因數校正電路的原理。通信電源課程根據教學計劃需求就能完成對應電子技術基礎教學任務。在相關通信電源知識群中由項目驅動完成電子技術基礎教學任務后，通信電源教學任務也同步完成最終結果。因此，教學設計者應能夠依據人才培養方案來建立通信電源和電子技術課程間聯系構架和設計跨課程的教學項目，在教學活動中，動態地將通信電源和通信電子技術課程進行聯系，形成具有活力的知識連貫體，并根據與通信電源課程群的知識聯系性來設計電子技術課程的項目庫。通過對高職通信電源專業聯系化教學的現狀分析和對通信電源專業的人才培養方案和教學計劃剖析后，我們應首先對通信電源和通信電子技術進行聯系化設計，提出對電子技術教學的設計方案，例如將電子技術專業課程中的電路與信號、模擬電子技術融入通信電源的配電和防雷來講授，將數字電子技術融入通信電源的UPS和整流來講授。電子技術的應用、電子技術實訓、電子產品設計與制作與通信電源的設備實訓相關聯，進行項目關聯設計試點。基于聯系需求將通信電源和電子技術課程的這些環節緊密相關，層次清晰，環環相扣。從而實現，在高職通信電源專業技能培養的生命周期過程中的前后緊密聯系，并最終形成通信電源專業的教學表現結果。
3結論
【關鍵詞】電子脈沖 高壓滅菌 脈沖電源
液體食品（飲用水、飲料、啤酒、牛奶）的滅菌是食品工業的重要加工工序，高壓脈沖電子滅菌和傳統上普遍使用的巴氏滅菌法相比，因其除仍保持有不改變液體成分的優點外，還有設備小、成本低、消費少、易操作、滅菌強度可控、環保等著多優點，是滅菌方法的技術革新主方向。
高壓脈沖電子滅菌是在食品處理設備中的傳輸液體食品的管道中設置高壓電極，高壓電極上加上高壓電脈沖，使流經電極腔的液體內的細菌在瞬態的高壓、大功率電擊下死亡。
食品工業管道內的液體食品因為種類不同、懸浮物顆粒濃度及體積不同、離子種類及濃度不同而導致其電導不同，對滅菌高壓脈沖的功率要求不同；管道內的液體食品需殺滅的細菌不同，對高壓滅菌脈沖的電壓要求不同；管道內的液體食品的流速及流量不同、對脈寬和脈沖頻率要求也不同。這就是脈沖變壓器直接升壓式的電子滅菌高壓脈沖電源不能滿足工業滅菌實用要求的原因，新的滅菌高壓脈沖電源要有足夠的高壓功率（瞬態）輸出，要有一定寬度的高壓可調范圍，要有可調的放電脈沖寬度。
1 工作原理
該電子滅菌高壓脈沖電源由電源電路部分、高壓儲能電路部分與高壓脈沖放電電路部分及電腦控制部分構成。
1.1 電源電路
電源電路見圖1所示。電路由整流電路（Z）、穩壓控制器（K）、開關管Q、高頻變壓器（B）構成。整流電路（Z）先將220V交流整流為310V左右的直流，再經頻率是30K的脈寬調控式穩壓控制器（K）控制開關管Q，受到調控的電流經高頻變壓器（B）的初級繞組L，高壓由高頻變壓器（B）的次級高壓繞組L1-Ln多路輸出，其輸出電壓的穩定值大小由穩壓控制器（K）根據電腦指令控制開關管Q導通角實現。Lp是取樣繞組，給穩壓控制器（K）提供穩壓調控參數。
1.2 高壓儲能電路
高壓儲能電路見圖2。高壓儲能電路元件包括高頻變壓器（B）的次級繞組Ln，高壓整流二極管Dn，高壓電容Cn（n=1，2…n-1，n）。Ln、Dn、Cn串聯成環路，Ln上輸出的高壓經Dn整流后給電容Cn充電，在2脈沖內充電達到飽和并被高壓電容儲存。高頻變壓器（B）的次級繞組有n組等電壓輸出級，分別給n個高壓電容沖電，滅菌的放電電壓則是所有高壓電容上的電壓之和。
1.3 高壓脈沖放電電路
高壓脈沖放電電路見圖2。電路由放電三極管Qn、偏壓阻尼二極管Dbn、限流電阻Rn、 放電脈沖耦合變壓器（B1）的次級Lin（n=1，2…n-1，n）構成。偏壓阻尼二極管Dbn和三極管Qn的發射結反向并聯，三極管Qn的基極通過限流電阻Rn和Lin一端相連，Lin另一端接Qn發射極。工作時，放電脈沖形成與控制電路產生的放電脈沖信號經脈沖耦合變壓器（B1）初級Li耦合給次級Lin（n=1，2…n-1，n），經Rn、Dbn產生正向偏壓使Qn導通，n個導通的三級管使得n個相應的存儲著高電壓的電容得到疊加級聯，疊加后的n倍高壓直接釋放到滅菌放電電極上實現滅菌的功效。當三極管Qn關斷時，Lin中的反向電壓被偏壓阻尼二極管Dbn所釋放。
1.4 控制電路
該電子滅菌高壓脈沖電源的電源電路和放電電路均由電腦控制，電腦依據各種傳感器獲取的參數和操作者輸入的參數運算出合適的滅菌脈沖電壓峰值和脈沖寬度及脈沖頻率。電腦通過穩壓控制電路控制滅菌脈沖電壓峰值的大小，以確保滅菌脈沖電壓大于被滅菌的電壓耐壓值。電腦通過放電脈沖形成與控制電路控制著滅菌脈沖的寬度和頻率，是針對不同滅菌溶液的流量變化和電導變化。
2 結論
本文所設計研究的電子滅菌高壓脈沖電源采用了高壓電容級聯進行能量儲存，使用電子開關進行放電控制，極大降低了高壓脈沖電源的輸出內阻，增加了高壓脈沖的瞬態輸出功率，是高壓脈沖滅菌有效的高壓電源，其可調控的輸出高壓值對不同種類的細菌確保有可靠且穩定的滅菌率，其脈寬脈頻的可調性則加強了滅菌設備對不同食品液體和處理量要求不同的適應。
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作者簡介
陳愛群（1956-），男，漢族，山東省泰安市人，本科，副教授。主要研究方向：電子應用技術研究。
關鍵詞: 電力電子技術; 高頻開關電源; 功率半導體器件; 功率變換
中圖分類號：F407.61 文獻標識碼：A 文章編號：
1 電力電子技術概述
電力電子技術以功率處理為對象，以實現高效率用電和高品質用電為目標，通過采用電力半導體器件，并綜合自動控制計算機(微處理器)技術和電磁技術，實現電能的獲取、傳輸、變換和利用。電力電子技術包括功率半導體器件與IC技術、功率變換技術及控制技術等幾個方面。
電力電子技術起始于20世紀50年代末60年代初的硅整流器件，其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代，并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。70年代后期以門極可關斷晶閘管（GTO），電力雙極型晶體管（BJT），電力場效應管（P-MOSFET）為代表的全控型器件全速發展，使電力電子技術的面貌煥然一新進入了新的發展階段。80年代末期和90年代初期發展起來的、以絕緣柵極雙極型晶體管（IGBT）為代表的復合型器件集驅動功率小，開關速度快，通泰壓降小，載流能力大于一身，性能優越使之成為現代電力電子技術的主導器件。
2高頻開關電源概述
高頻開關電源是交流輸入直流整流，然后經過功率開關器件（功率晶體管、MOS管、IGBT等）構成放入逆變電路，將高壓直流（單相整流約300V，三相整流約500V）變換成方波（頻率為20kHz）。高頻方波經高頻變壓器降壓得到低壓的高頻方波，再經整流濾波得到穩定電壓的直流輸出。
高頻開關電源的特點[1]：
1、重量輕，體積小
由于采用高頻技術，去掉了工頻（50Hz）變壓器，與相控整流器相比較，在輸出同等功率的情況下，開關電源的體積只是相控整流器的1/10，重量也接近1/10。
2、功率因數高
相控整流器的功率因數隨可控硅導通角的變化而變化，一般在全導通時，可接近0.7，以上，而小負裁時，但為0.3左右。經過校正的開關電源功率因數一般在0.93以上，并且基本不受負載變化的影響。
3、可聞噪聲低
在相控整流設備中，工頻變壓器及濾波電感作時產生的可聞噪聲大，一般大于60db，而開關電源在無風扇的情況下可聞噪聲僅為45db左右。
4、效率高
開關電源采用的功率器件一般功耗較小，帶功率因數補償的開關電源其整機效率可達88%以上，較好的可以做到92%以上。
5、沖擊電流小
開機沖擊電流可限制在額定輸入電流的水平。
6、模快式結構
由于體積小，重量輕，可設計為模塊式結構。
3電力電子技術在大功率開關電源中的應用
3.1功率半導體器件
功率半導體器件的發展是高頻開關電源技術的重要支撐。功率MOSFET和IGB的出現，使開關電源高頻化的實現成為可能；超快恢復功率二極管和MOSFET同步整流技術的開發，為研制高效率或低電壓輸出的開關電源創造了條件；功率半導體器件的額定電壓和額定電流不斷增大，為實現單機電源模塊的大電流和高率提供了保證。
（1）功率MOSFET
功率MOSFET是一種單極型（只有電子或空穴作但單一導電機構）電壓控制半導體元件[8]，其特點是控制極（柵極）靜態內阻極高，驅動功率很小，開關速度高，無二次擊穿，安全區寬等。開關頻率可高達500kHz,特別適合高頻化的電力電子裝置。
（2）絕緣柵雙極晶體管IGBT
絕緣柵雙極晶體管IGBT是一種雙（導通）機制復合器件，它的輸入控制部分為MOSFET，輸出極為GTR，集中了MOSFET及GTR分別具有的優點[2]：高輸入阻抗，可采用邏輯電平來直接驅動，實現電壓控制，開關速度高，飽和壓降低，電阻及損耗小，電流、電壓容量大，抗浪涌電流能力強，沒有二次擊穿現象，安全區寬等。
3.2軟開關技術
傳統大功率開關電源逆變主電路結構多采用PWM硬開關控制的全橋電路結構，功率開關器件在開關瞬間承受很大的電流和電壓應力，產生很大的開關損耗，且隨著頻率的提高而損耗增大。工作頻率在20kHz，采用IGBT功率器件的PWM硬開關控制的電源，功率器件開關損耗占總損耗的60%~70%，甚至更大[3]。為了消除或抑制電路的電壓尖峰和浪涌電流，一般增加緩沖電路，不僅使電路更加復雜，還將功率器件的開關損耗轉移到緩沖電路，而且緩沖電路的損耗隨著工作頻率的提高而增大。
軟開關技術利用諧振原理，使開關器件兩端的電壓或流過的電流呈區間性正弦變化，而且電壓、電流波形錯開，使開關器件實現接近零損耗。諧振參數中吸收了高頻變壓器的漏抗、電路中寄生電感和功率器件的寄生電容，可以消除高頻條件下的電壓尖峰和浪涌電流，極大地降低器件的開關應力，從而大大提高開關電源的效率和可靠性。
3.3同步整流技術
對于輸出低電壓、大電流的開關電源來講，進一步提高其效率的措施是在應用軟開關技術的基礎上，以功率MOS管反接作為整流用開關二極管，這種技術稱為同步整流（SR），用SR管代替肖特基二極管（SBD）可以降低整流管壓降，提高開關電源的效率。
現在的同步整流技術都在努力地實現ZVS及ZCS方式的同步整流。自從2002年美國銀河公司發表了ZVS同步整流技術之后，現在已經得到了廣泛應用[4]。這種方式的同步整流技術巧妙地將副邊驅動同步整流的脈沖信號與原邊PWM脈沖信號聯動起來，其上升沿超前于原邊PWM脈沖信號的上升沿，而降沿滯后的方法實現了同步整流MOSFET的ZVS方式工作。最新問世的雙輸出式P聯M控制IC幾乎都在控制邏輯內增加了對副邊實現ZVS同步整流的控制端子。這些IC不僅解決好初級側功率MOSFET的軟開關, 而且重點解決好副邊的ZVS方式的同步整流。用這幾款IC制作的DC/DC變換器, 總的轉換效率都達到了94%以上。
3.4控制技術
開關變換器具有強非線性、離散性、變結構的特點，負載性質也是多變的，因此主電路的性能必須滿足負載大范圍的變化，這使開關電源的控制方法和控制器的設計變得比較復雜。
電流型控制及多環控制在開關電源中得到了較廣泛的應用；電荷控制、單周期控制等技術使開關電源的動態性能有了很大的提高。一些新的方法，如自適應控制、模糊控制、神經網絡控制及各種調制方式在開關電源中的應用，已經引起關注。
隨著微電子技術的發展，微控制器的處理速度越來越快，集成度越來越高，將微控制器或者DSP應用到大功率開關電源的數字控制模塊已經成為現實。開關電源的高性能數字控制芯片的出現，推動了電源數字化的進程[5]。
數字控制可以實現精細的非線性算法，監控多部件的分布電源系統，減少產品測試的調整時間，使產品生產率更高。實時數字控制可以實現快速、靈活的控制設計，改善電路的瞬態響應性能，使之速度更快、精度更高、可靠性更強。
4 結束語
高頻開關電源作為電子設備中不可或缺的組成部分也在不斷地改進，高頻化、模塊、數字化、綠色化是其發展趨勢。高頻開關電源上述各技術的實現，將標志著開關電源技術的成熟。電力電子技術的不斷創新，將使開關電源產業有著廣闊的發展前景。
參考文獻
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[關鍵詞] 整流濾波 IPM智能模塊 光耦隔離
0 引言
隨著電力電子技術、交流變頻技術、微機控制技術以及各種電力電子器件、數字處理器、智能模塊的快速發展和應用，電動機的數字化控制已經成為目前工控領域應用發展的趨勢。在提高工作效率，減少資源污染與浪費，提高電機各種運行性能的要求下，電機的數字化控制系統已經是本領域研究的熱點。
其中的電源部分則起著舉足輕重的作用。功率開關電路、整流逆變單元、驅動保護等電路及產品型號的選擇、電子元器件參數的選擇合理與否，都將會直接影響電路中諧波干擾、電壓值的大小、能否在安全余量內正常驅動等問題。因此，電源部分的設計在整個控制系統中有著重大而現實的意義。
本文以基于TI公司TMS32OF2000系列DSP的三相電機數字化控制系統研究這一實驗項目為應用平臺，重點研究了系統電源部分電路設計，主要包括整流、DIP-IPM逆變、過壓欠壓保護電路、光耦隔離、輔助電源轉換電路等，其優越性體現在實現電壓值多路輸出的同時，又可以使元件穩定可靠地工作，實現系統的抗干擾穩定運行。實驗及應用結果表明該電路具有良好的性能和很高的應用價值。
該控制系統選用功率為0.75kW，額定轉速為1500r/min的Y型交流電機。文中所用元器件參數及各種模塊的選取均是根據電機運行參數而定。
1 系統硬件驅動框圖
電機數字化控制系統的控制部分以DSP為核心，另外還要電源處理模塊、IPM驅動隔離控制模塊、脈沖形成、轉速位置檢測模塊、電流檢測模塊、、顯示模塊、鍵盤接口模塊等電路。電源部分的主電路采用交－直－交電壓型變頻電路，其中包括橋式整流、濾波電容和智能功率模塊IPM。本文重點討論控制系統中所涉及到的電源部分電路設計及部分元器件參數選擇。總體結構原理圖如圖1所示，其工作原理是：DSP接受采樣電流和電壓信號、電機轉速和轉子位置信號，運用控制算法，得到PWM控制信號，經光耦隔離電路后，驅動IPM開關器件。當系統出現短路、過流、過壓、欠壓、過熱等故障時，DSP將封鎖PWM輸出信號，關斷IPM的輸出，并通過指示燈顯示。
2 電源部分主電路
2.1 整流電路
本系統為強、弱電結合的系統，驅動部分電路的電壓有200V以上，如果強弱電之間互相耦合，很難保證系統的可靠運行。系統電源分為控制部分和驅動部分，控制部分需要＋5V、±15V三路電源，其中＋5V給芯片及霍爾電流傳感器供電，±15V給運放及外部保護電路供電；驅動部分需要＋5V、＋15V、＋200V三路電源，其中＋SV給光耦供電，＋15V給IPM供電，逆變出的＋200V為母線電壓。
如圖2所示，為了獲得一個直流電壓，單輸入電源從壓電變壓器出來，經過一個單相二極管橋式穩壓整流器，輸出的電流通過負溫度系數熱敏電阻NTC和大功率感應繼電器。整流電壓波形的濾波采用電解電容濾波器濾波，其電容量大小決定了整流電壓的平均值和輸出紋波電壓的大小，同時還影響逆變電路返回續流時電壓升高的大小。因為直流電源要保持一個相對穩定的狀態，那么電容器C要選擇至少十倍于壓電驅動器的電容值。C7主要起高頻旁路作用，減小電解電容高頻損耗和整流電路承受的尖峰電壓。壓電變壓器的作用是提供一個穩定的電壓輸出。
當熱敏電阻的端電壓小于擊穿電壓時，其電阻值特別大，接近斷路；其端電壓超過一定值后阻值將迅速下降，電阻接近短路，從而允許高達上千安培的電流流過，起到對后級電路的保護作用。在本模塊中由于采用三相220V供電，考慮到市電電壓較高(250V)時，最大輸入電壓的峰值約為350V，所以設計時選用390V的熱敏電阻，瞬時可流過電流3000A。感應繼電器選擇JQX-15F型號，其切換功率可達7500VA。熱敏電阻和感應繼電器可以有效的起到隔熱、安全保護、抑制浪涌電壓的作用。
整流電路功能是把AC220V/50Hz的市電進行整流濾波后，轉換成的穩定直流電源VDC經過變壓器、三端可調穩壓管、低壓輸出電壓調節器即可實現＋5V、±15V等多路輸出，供給功率變換電路。該整流還具有EMI濾波、功率因數校正功能，對電網污染進行雙向隔離，以提高整機的電磁兼容性能。
2.2 逆變及功率驅動
(1)智能功率模塊IPM簡介
智能功率模塊IPM是Intelligent Power Module的縮寫，兼有GTR(大功率晶體管)高電流、低飽和電壓和高耐壓的優點，以及MOSFET(場效應晶體管)高輸入阻抗、高開關頻率和低驅動功率的優點，而且內部集成了邏輯、控制、檢測和保護電路，使用起來更為方便。
本文選用的三菱公司IPM智能模塊PS21265，采用第五代IGBT工藝，內置優化后的柵極驅動和保護電路，內部過電壓、過電流和過熱等故障檢測電路可將檢測信號送到CPU，確保系統安全。智能模塊的作用是對輸入的電壓直流量、PWM驅動信號進行逆變驅動和保護，完成功率驅動。選用該模塊的優越性主要體現在控制芯片計算出三相PWM結果直接輸送給IPM智能模塊，不需再考慮驅動問題，可以減小開發周期，還可以大大減小系統的體積。功率器件的配置、散熱乃至驅動問題在模塊中即可得到解決，因而易于使用，可靠性高，用戶只需要了解接口電路和定義，很快可以組成運行系統。
(2)功率驅動模塊硬件電路
逆變電路是該電源部分的關鍵電路，其功能是實現DC/AC的功率變換；基本工作原理是：DSP產生的三相PWM控制脈沖，經光耦隔離電路后輸出UH、VII、WH、UL、VL、WL六路脈沖信號，經過內部脈沖放大驅動電路后，分別控制IPM中的IGBT管T1～T6的開通與關斷，將單相直流電壓逆變為三相交流電壓，改變調制信號的周期與幅值，也就改變了主開關的輸出脈沖周期與占空比，從而得到所要求的交流電。輸出信號Uol、Vol、Wol經斬波穩壓處理后可直接通三相交流電機負載。
因為此系統是速度位置閉環控制系統，電機轉子上的霍爾傳感器檢測到的位置速度信號經過A/D轉換輸入給DSP，DSP根據電壓波動自動調節PWM脈沖，進而調節電壓輸出。此過程動態響應迅速，能夠實現自動調節，與傳統電機運行相比則具有很好的節能效果。
此逆變過程，由上文介紹的智能型IPM功率模塊PS21265完成。IPM出現過流、過溫、短路故障時將輸出報警信號，將此信號輸入到DSP的PDPINT引腳，當有任何故障狀態出現時，PDPINT引腳被拉為低電平，此時DSP內定時器立即停止計數，所有PWM輸出引腳全部呈高阻狀態，及時產生中斷信號，通知DSP有異常情況發生。整個過程不需要程序干預，全部自動完成，實現各種故障狀態的快速處理非常有用。該電路把前級逆變器正弦電壓濾波輸出供給負載使用，并實現功率級與負載的隔離，包括輸出LC濾波電路和三相隔離變壓器。模塊電路簡單，可靠性高，整機工作效率高。電路圖如圖3所示。
3 過壓欠壓保護
驅動電路部分的電壓達到200V以上，若出現故障不做保護，將會導致逆變電路損壞，甚至使前級電路擊穿，而且IPM正常工作對電源的要求也相當高，而IPM自身的保護電路不具有保持性，因此還需要輔助的保護電路實現完善的系統保護。所以，對電路保護設計了雙重監測和保護，既監測整流后的直流電流，同時分別監測相電流。電壓保護設有輸入及輸出過壓保護和欠壓保護，使安全保護性能更加完善。
如圖4，電網電壓整流為直流電壓信號VDC，經電解電容C平波得到穩定的直流電平，再與兩個給定電位(一為過壓，另一為欠壓)比較，結果得到過壓(欠壓)輸出信號HV(LV)。正常情況下，隔離電路不通，當發生過壓(欠壓)狀態時，HV(LV)信號變低，從而觸發DSP的NMI中斷，調用過欠壓中斷處理程序，封鎖交流脈沖，切斷輸入，起到保護作用。
通過以上保護措施，既可有效地降低因使用或負載因素對電源造成的侵害，進一步提高電源的可靠性，又可有效地避免因電源故障可能對負載造成的損害。
4 光耦隔離電路
在數字化微機監控系統中，干擾通常通過電源線和地線串入微機主控系統而引起測試和控制的錯誤，因此必須加強數據采集和控制系統的抗干擾設計。在硬件上，通常采用的是使控制系統與前項和后項通道完全隔離，消除由于共地和共電源線而串入的干擾信號。經過光耦隔離，這樣做的目的有兩個：
(1)隔離驅動電路和控制電路，防止驅動電路影響控制電路，使系統工作不正常；
(2)IPM的六路輸入信號為低有效，光耦的輸出信號經過上拉，默認為高，可以保證系統初始化的時候智能模塊不動作，保證了逆變電路的安全。
光電耦合器件具有非線性電流的傳輸特性，這對于數字量和開關量的傳輸不成問題，但若直接用于模擬量的傳輸，則線性度和精度都很差。本文采用的是一種線性光電隔離電路，電路簡單實用，一般能達到0.5％的精度，在0～5V內具有很好的線性。從DSP的CPLD驅動輸出與保護電路輸出的DRIVE信號，通過穩壓放大環節進入光電隔離器，一方面實現電氣隔離，一方面產生OPPER信號，為下一步功率驅動部分提供輸入。光耦隔離電路如圖5所示。
5 輔助電源的設計
該控制系統采用TMS2000系列DSP實現電機的數字化控制，區別于其他控制芯片的電壓要求，本文需要特別指出的是該型號的DSP芯片內部電源處理問題。
由于DSP控制芯片CPU內核電源引腳、I/O內核電源引腳以及內部模擬電路電源引腳電壓一般是3.3V、1.8V低壓穩定、隔離電源，需要將得到的＋5V直流電進一步進行電源轉換。本文選用TI公司生產的專用TPS767D318雙電壓輸出電源模塊進行電源輔助設計。整流后的＋5V直流電通過電容濾除電流諧波，進入TPS767D318的5、6、11、12引腳，輸出的電壓通過電容濾波，得到需要的電壓值，外接一個隔離電路既可以通入DSP電源引腳。這樣的功能也可以通過LMlll7系列集成芯片完成。如圖6所示。
6 實驗結果
控制系統選用的關鍵器件主要是型號為Y802―4電動機，其輸入電壓為200～230V，額定輸出0.85kW；PS21265型IPM智能功率模塊，其額定電流20A，額定電壓600V，適配電動機功率1.5kW/220VAC；TI公司專用TPS767D318雙電壓輸出芯片，輸入5V，最大輸出電流為1A。
依據上述元器件的選取對設計的電路進行實驗，電機在空載1500r/min運行時性能穩定，動態響應快，噪音低。本文給出了依據采集到的數據繪制的波形，如圖7所示。圖中只截取了電機穩態運行時的電流和轉矩波形圖，穩態時PWM脈寬的寬度按正弦分布。從圖7中看到，電機起動時，需要一段加速過程，此時電機轉速較慢，電機的定子三相電流比較大且頻率比較低，波形為不太規則的正弦波，一段時間之后轉速趨于穩定，穩態時定子三相電流為正弦波，電機的輸出轉矩和負載轉矩相互平衡。
7 結束語
本文以DSP電機數字化控制系統研究為應用平臺，重點討論了系統中所涉及到的電源部分硬件電路設計，以采用智能功率模塊IPM芯片進行逆變為核心，包含了過欠壓保護、光耦隔離電路等，尤其細化了輔助電源轉換電路。從波形圖可以看到，設計的電源模塊能夠實現開關電源紋波較小，負載調整率高的功能，可以使系統具有很好的穩定性和抗干擾性。該硬件設計功能齊全、結構簡單且易于進行升級和功能擴展，在電機控制領域具有非常廣泛的應用價值。
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【關鍵詞】自備電源；不間斷電源系統設計；技術分析
一、自備應急柴油發電機組
為了保證一級負荷別重要的負荷用電，或中斷供電將會造成重大損失時，應設置自備應急柴油發電機組。
1.機房
自備應急柴油發電機組的機房應包括發電機房、控制及配電室、燃油準備及處理間等。
機房應設置在靠近一級負荷或變電站的地方，可布置在坡屋、裙房的首層或附屬建筑內，也可位于地下層，但應避開主要出口通道。
2.容量
發電機組的容量與臺數應根據應急負荷大小、投入順序以及單臺電動機最大啟動容量等因素綜合考慮確定。機組總臺數不宜超過兩臺。初步設計時可按變壓器容量的10%一20%估算柴油發電機組的容量。施工設計時可根據一級負荷、消防負荷以及某些重要的二級負荷容量，按穩定負荷、最大單臺電動機或成組電動機啟動容量以及電動機啟動時母線允許的電壓降來計算發電機的容量。
3.選型
當選用多臺機組時，應選擇型號、規格和特性相同的成套設備，所用燃油性質應一致。
一般應選用高速柴油發電機組和無刷型自動勵磁裝置，選用的機組應裝設快速自動啟動及電源自動切換裝置及連續三次自動啟動功能。
4.機房設備布置
自備應急柴油發電機組機房設備布置應符合機組運行工藝要求，力求緊湊、經濟合理、保證安全及便于維修。
5.發電機的中性點接地
（1）單臺機組的發電機中性點應直接接地；（2）當有兩臺機組并列運行時，在任何情況下至少應保持一臺發電機中性點接地。發電機中性點經電抗器與中性線連接，也可采用中性線經刀開關與接地線連接；（3）中性線刀開關可根據發電機允許的不對稱負荷電流及中性線上可能出現的負荷電流選擇。在各相電流均不超過額定位的情況下，發電機允許各相電流之差不超過額定值的20%；（4）采用裝設中性線電抗器這種方法時，應考慮既能使中性線諧波電流限制在允許范圍內，又能保證中性點電壓偏移不太大。電抗器的額定電流可按發電機額定電流的25%選擇，阻抗值按通過額定電流時端電壓小于10v選擇。
6.柴油發電機組的保護和控制
（1）柴油發電機組應設短路、過載、接地故障及過、欠電壓保護裝置；（2）當兩臺機組并列運行且無人經常值班時，應設逆功率保護；（3）機組控制方式有機旁控制、控制室集中控制和自動控制三種。控制系統按功能可分為起停裝置、并車裝置、額載調書裝置、總體邏輯控制、事故處理和報警裝置、附有系統控制裝置及電源控制裝置等。具體配置按機組自動化等級確定；（4）柴油發電機組嚴禁與電力系統電源并網運行，應設置防止誤并網的可靠連鎖，包括雙電源互投開關的機械、電氣連鎖和供配電監控管理系統的軟管理；（5）機組的機旁控制應滿足機旁人工啟動、調速、停機的要求；機房與值班室（或消防控制室）間應設必要的聯絡信號；也可裝設自期待裝置；（6）機組的控制室集中控制除應滿足機旁控制的要求外，還應能在控制室或配電室控制或監視以下全部或部分功能，同時應單獨設置蓄電池組作為控制電源，并設整流充電設備。
二、不間斷電源
1.不間斷電源設備的選擇
（1）不間斷電源設備輸出功率，應按下列條件選擇：1）不間斷電源設備對電子計算機供電時，其輸出功率應大于電子計算機各設備額定功率總和的1.5倍；對其他用電設備供電時，為最大計算負荷的1.3倍；2）負荷的最大沖擊電流不應大于不間斷電源設備的額定電流的150%。
（2）不間斷電源裝置配套的整流器容量，應大于或等于逆變器需要容量與蓄電池直供的應急負荷之和。
（3）不間斷電源的過壓保護除應符合GD/T 3886.1—2001《半導體電力變流器》關于過電壓保護的規定外，對沒有輸出電壓穩定措施的不間斷電源，應有輸出過電壓的防護措施，以使負荷免受輸出過電壓的損害。
（4）不間斷電源的過電流保護應能保證在負荷發生短路或電流超過允許的極限時及時動作，使其免受浪涌電流的損傷。
（5）不間斷電源設備用的不間斷電源開關類型的選擇，可根據供電連續性的要求，選用機械式、電子式自動的和手動的開關。
（6）不間斷電源正常運行時所產牛的噪聲，不應超過80dB，對于額定輸出電流在5A及以下的小型不間斷電源，不應超過85dB。
2.不間斷電源系統的交流電源
（1）不間斷電源系統宜采用兩路電源供電。當備用電源為柴油發電機組時其機組不應做旁路電源；（2）當不間斷電源設備交流輸入側電壓多不能滿足要求時，宜采用有載調壓變壓器或其他調壓措施；（3）不間斷電源系統的交流電源不宜與其他沖擊性負荷出同一的變壓器及母線段供電；（4）不間斷電源系統的輸入、輸出回路宜采用電纜。
3.蓄電池
（1）蓄電池組容量應根據停電后由其維持供電時間長短的要求選定。不間斷電源系統用的蓄電池需在常溫下能瞬時啟動，宜選用堿性或酸性蓄電池；（2）蓄電池的額定放電時間宜按下列條件確定：
1）不間斷電源系統在交流輸入發牛故障后，為保證用電設備按照操作順序進行停機時，其蓄電池的額定放電時間可按停機所需最長時間來確定，一般可取8—15m2）當有備用電源時，不間斷電源系統在交流輸入發生故障后，為保證用電設備供電連續性，并等待備用電源投入，其蓄電池額定放電時間的確定，一般可取10一30mm；2）如有特殊要求，其蓄電池額定放電時間可根據負荷特性來確定。
4.對不間斷電源的監測及諧波污染的治理
（1）對不間斷電源的下列運行狀況、參數及報警信號應進行實時監測：
1）逆變器工作電壓、電流及過載、過流、過壓、過溫等報管信號；2）電池電壓、電流、浮充、均充以及預告警、故障等信號；3）對于容量較大、可靠性要求高的不間斷電源的電池還應實時監測每塊單體電池的內阻，以及時發現電池是否失效或即將失效；4）整流器工作以及關閉、鎖定、高溫等報警信號；5）靜態開關狀態（市電正常、市電帶載、逆變器帶載）靜態開關鎖定等報警信號；6）維修旁路斷路器狀態信號等。
（2）不間斷電源的整流及逆變設備都會產生高次諧波，對電源造成諧波污染。誰污染誰治理的原則，應對其進行治理。鑒于不間斷電源的諧波次數及含量相對固定，可采用由LC諧振回路構成的無源濾波器進行吸收或補償。
參考文獻
