我国的电子信息技术起步于二十世纪中期，近年来随着科学技术的不断发展，电子信息技术日新月异，我国在电子信息技术方面也有了明显进步，应用范围明显增加，在国际范围内具有了一定的影响力。我国电子信息技术产业主要经过了四次阶段性的转型，树立了强大的产业动力，产品结构方面发生了较大的变化，技术与开发水平有了明显提高，产品出口额有了明显增加，基本上实现在满足我国部分电子信息市场需求的基础上，走出国门的愿景。但随着应用的日渐广泛，使得我国在电子信息技术的发展过程中，也出现了一些问题，例如企业研发能力弱、电子信息技术方面知识产权缺乏、信息化程度低等等，这些问题严重限制了我国电子信息技术的长远发展，拉大了我国与世界信息技术发达国家之间的差距，目前而言我国电子信息技术发展中存在的问题主要有以下三个方面：
1.1环境资源匮乏环境资源匮乏是限制我国电子信息技术发展的一个重要问题，目前而言我国电子信息产业混乱，假冒伪劣、知识侵权现象猖獗，盗版产品走私贩卖以及企业间的不良竞争的现象屡见不鲜，这些均严重危害了我国信息产业的发展，使得我国电子信息技术研发缓慢，这在很大程度上降低了我国电子信息技术在国际市场的竞争力，遏制了我国电子信息技术的发展潜力。除了产业内部环境存在很大问题，我国法律对电子信息技术的保护力量薄弱也是很大原因造成盗版猖獗的一个原因，因为缺乏保护使得电子信息技术的科研成果很容易被不法分子窃取，科研工作者呕心沥血研究而得新技术在随后的盗版中被大量侵占，很大程度上降低了科研工作者的信心，再加上国内市场电子产品的走私、贩卖现象猖獗，导致国内电子信息技术开发企业缺乏竞争优势。所以缺乏有效严格的法律环境也是我国致使我国电子信息技术问题频发的又一原因。
1.2电子信息技术产业结构不合理我国电子信息技术产业起步于20世纪80年代的“863”计划，经过30多年的发展，产业规模迅速扩大，但也因为产业界限模糊，使得产业结构问题凸显，技术创新体系并不明显，使得我国的电子产品不能与国外顶尖电子产品相提并论。产业结构不合理，投入产出差距明显，使得我国电子信息技术产业创新力薄弱，所以只有改变传统产业结构，重构科学合理的产业结构，才能改变目前我国进步缓慢的电子信息产业的现状。
1.3科研能力不足、从业人员素质不高作为以技术为首要驱动力的电子信息产业，科研能力的强弱决定了技术进步快慢，而产业内从业人员的素质又在很大程度上决定了技术创新能力的强弱。随着我国教育普及程度的增加，不可否认的是，我国信息技术方面的人才不少，可以说还在不断增加中，各方面的技术人员也很完备，但是很多人才都是单一型，他们或许是某一方面可以登峰造极，但是却缺乏其他方面的知识储备，甚至可以说毫无了解。现在社会越来越需要复合型人才，而我国电子信息产业方面更需要这方面的复合型人才，也正是因为人才的缺乏，也严重的制约了电子信息技术的创新，目前我国仍有许多技术需要购买国外的先进专利，这种强依赖性，也是因为复合型人才的严重欠缺。
2我国电子信息技术的发展趋势
人类进步永无止境，技术发展更需分秒必争，每天有无数的新型技术诞生，所以我国的电子信息技术更不能满足现状，更应正确分析局势，不断优化和升级产业结构，逐步完善我国的电子信息技术。凭借高技术含量、高市场附加值、强大竞争力与明朗的市场前景，电子信息产业具有其他产业都无法比拟的优势，所以电子信息产业是世界各国都大力争夺的技术产业，目前很多西方国家已经将注意力集中与电子信息技术产业，大量投入人力、物力、财力，旨在通过电子信息产业的迅速发展带动国家经济发展。总体来说，我国的电子信息产业的发展的总体态势是：产业总体发展的速度比较快，产业内总体的经济效益比较好以及产业的发展后劲还是比较强的。综上所诉，我国应努力追赶世界潮流，加大对电子信息产业的投入，不断完善电子信息产业，未来我国电子信息技术将呈现出如下三方面的发展趋势：
2.1阶梯化、多元化发展任何事情的发展都不是一蹴而就，而是一个不断发展的过程，所以在未来我国电子信息技术的发展也必然呈现处阶梯化、多元化的多元发展。目前，我国的电子信息技术远不如西方发达国家，他们凭借其雄厚的资金、技术以及品牌优势，进行有目标地系统的研究、管理和销售工作。前文已提到，我国电子信息产业结构混乱，从业人员素质不高，所以我国电子信息产业未来还有很长一段路要走，必须遵循阶梯化网络化的发展道路，首先需加大资金投入，加强立法保护，不仅仅是急于复制他国的先进产品，而是培养先进技术人才，在学习西方先进技术的基础上，师夷长技以制夷，一步步稳扎稳打，才能逐步加快电子信息技术的发展。目前，电子信息技术已渗入生活的各个领域，正逐步实现着与机械、能源、交通、建筑等其他技术的有机结合，所以电子信息技术必然不能独善其身，片面发展，只有将电子信息技术多元化发展，更多的应用于实际生活，才能真正使电子信息产业做到为人类服务。
2.2个性化、规模化发展众所周知，每个产品都具有显著得到规模效应，电子产品当然也不能例外。电子信息技术产业很多是精密技术产业，所以其生产规模才能得以生存和发展，否则很难在激烈的市场竞争中立足，很快就会被淘汰出局。我国电子信息技术产品的生产规模越来越大，很多大型跨国公司凭借其大规模的产量和严格的质量控制，有效的利用了规模经济，取得了很大的经济收益，所以规模化发展必然是未来电子信息技术的发展趋势。随着人们生活水平的提高，消费眼光越来越独到，消费者逐渐成为市场主导，个性化消费已经成为必然趋势，再加上电子信息市场更新换代速度惊人，人们对电子信息技术产品的需求日益呈现出多元化发展，所以如何在浩如烟海的电子信息市场独占鳌头，个性化必不可少。
2.3国际化、全球化发展电子信息技术的发展不是一国闭门造车的过程，而是国际性的发展过程，其采购、生产、加工、销售都具有全球化的特征，很多技术不是仅靠一国之力便可完成，再加上我国电子信息技术起步晚，所以必须加强国际化交流，学习世界先进技术，才能遵循全球化发展。随着经济全球化的发展和信息网络化的发展过程中，我国电子信息技术产业的发展必然要遵循国际化的发展趋势。目前我国已经有不少电子信息技术产品已经开始走出国门，海尔、华为在世界已经有了很大的知名度，但是依旧有很多电子产品走山寨、翻版的低端路线，所以加快电子信息技术国际化发展必然是未来发展趋势。
3结语
(一)基本概况
我国旅游网站1996年出现，目前具有一定旅游资讯能力的网站已有5000多家。其中专业网站300余家，主要包括地区性网站、专业网站和门户网站的旅游频道三大类。地区性网站主要是当地景点、景区风光的介绍，总体实力较差，信息量少，效益难以保证。专业旅游网站主要进行旅游中介业务，包括传统旅行社建立的网站和专业电子商务网站两类，前者有中青旅网、国旅网等，康辉还开通了国内第一家出境旅游网站(介绍出境旅游报名参团、办理护照、签证、边防、海关等知识)，后者中比较成功的有携程旅游网、E龙网、华夏旅行网等。
2002年，我国国家旅游信息化工程——金旅工程将建设“旅游目的地营销系统”作为其电子商务部分的发展重点，旨在将其建成信息时代中国旅游目的地进行国内外宣传、促销和服务的重要手段。经过一年多的努力，全国“旅游目的地营销系统”的中心平台建设初具规模。于是，各大旅行社抓住这一商机，纷纷“触网”，打算来一场旅游网站的大比拼。但由于信息匮乏，与传统的旅游业相脱节，因此大多数旅游网站无法给上网用户提供充分的信息资源。为了解决这些问题，各大网站都在积极努力地充实自己，像我们所熟悉的老牌旅游网站——华夏旅游网()、中国旅游资讯网()，还有新近推出的上海携程旅游网()和北京的再见城市网站()等，都使出了十八般武艺，各显神通。华夏旅游网凭借自己出身于中国国际旅行总社和在旅游信息方面的优势，为用户提供了充足的信息源和售后服务。华夏旅游网又于1999年12月与公司合资联营新公司I-travel，进一步推动了网上旅游的服务，拓展了服务层面。因集合了华夏旅游网的实力及超级入门的吸引力，I-travel为世界各地的旅客及业界人土带来了各种不同的旅游讯息及服务，也把内地旅游推广到了全世界。可见，电子信息技术在旅游业的应用就是指通过现代网络信息技术手段实现旅游商务活动各环节的电子化，既包括通过网络、交流旅游基本信息和旅游商务信息，以电子手段进行旅游宣传促销、开展旅游售前售后服务；进行电子旅游交易，也包括旅游企业内部流程的电子化及管理信息系统的应用等。
(二)发展特点
旨在发展旅游电子商务的旅游网站建设突破了传统旅游经营模式与手段，建立起现代旅游管理信息系统，克服了单纯的规模扩张而导致的机构庞大、管理失效的弊病，形成规模化、标准化和集群化的旅游发展新格局。并在此基础上形成生态学中所说的“环境系统”和“共栖”现象。具体表现为不同的“生物种群”(如信息化旅游企业、专业旅游网站、电子商务平台、电子分销系统)共存于“旅游电子商务生态圈”中，在自己的生态位置上各司其职，并且该生态圈中存在着外部使用者对旅游电子商务网站／系统的选择和旅游电子商务网站原统之间的竞争；同时，共栖的“生物种群”之间有某种物质、能量和信息的交流，从而相互补充，相互影响。
我们可从五个方面来阐释旅游电子商务网站原统共栖现象：(1)用户生活在有多种选择的旅游电子商务环境之中。旅游者在通过网络途径搜寻旅游信息或预订旅游产品时，可以访问多个旅游网站，包括地方性、全国性或全球性旅游资讯服务网，旅游企业网站，专业旅游电子商务预订网站等等，可在一个网站查询旅游信息，在另一个网站预订旅游产品。旅游企业可选择加入全球分销系统、区域性电子分销系统、计算机预订系统、互联网旅游电子商务平台或自行建立网站推广销售自己的产品；(2)各类旅游电子商务网站／系统的天然差异以及个别旅游电子商务网站／系统的差别化定位造成了共栖现象。第一，基于互联网的旅游电子商务网站，与基于专网和电子数据交换的计算机预订系统、全球分销系统具有功能特性和应用范围上的天然差别性；第二，旅游电子商务网站／系统为了适应服务对象的需要而主动实施的差别化定位是造成共栖现象的另一个主要原因。一种是内容上的差别化，如有大而全的旅游网和小而专的旅游网，有偏重提供旅游资讯的旅游网和偏重提供预订交易的旅游网；另一种是范围上的差别化，即有地方性网站／系统，有全国性网站／系统，有全球性网站／系统。每个旅游电子商务网站／系统会根据自身的实力以及周围的竞争环境决定自己定位在旅游电子商务生态环境的哪一个层次；(3)各旅游电子商务网站／系统间常常彼此合作。其方式包括：旅游商务信息交换；共用信息资源，合作建设网络内容、网站频道；信息内容的多点镜像；信息数据库合作；网站之间的友情链接或相互导航等等。这类网站原统间的合作能使网站有效提高信息内容被访问的频率，促进信息资源的高效利用。为保证信息交换和传播的实时畅达、广域连通，发达国家已提出了旅游网站／电子商务系统标准化的信息格式和数据交换接口。(4)生态环境同样存在“优胜劣汰，适者生存”的规则，在旅游电子商务发展中这种规则就是我们熟识的“市场规律”。电子商务是一种通过特定手段实现的商务活动，在这一活动中，客户资源是一种稀缺资源，发展电子商务的目的是获取这一资源从而获利，于是必然展开市场竞争。由于市场是可细分的，因此从竞争主角而言，在对市场资源的争夺过程中，旅游电子商务网站原统建设者必须决定进军哪一领域的市场，在这个市场中将自己定位于何种层次，要准确判断是否可以获得足够规模并有利可图的市场份额。正是这种市场竞争的力量，不但造就了旅游电子商务网站原统生态共栖的现实，同时使旅游电子商务网站原统共栖的结构始终处在动态的演化过程中。(5)旅游电子商务网站／系统的共栖现象还表现在对共同外部环境的依托上。旅游业中不同的旅游电子商务网站／系统需要共同依托于社会第三方提供的电子支付、物流和认证服务才能发挥完整的功能，并在共同的法律法规、市场管理环境中成长。
2、电子信息技术在我国旅游业的发展态势
由于网上旅游服务的信息全面，且获取方式简便，人们纷纷转向从网上获取旅游信息、确定旅游路线、报名参加旅游团队、订机票、订酒店等。据悉，广东最大的旅行社——广之旅的专业网站——中国旅行热线在2005年“十一”期间接到的订机票和酒店的网上订单和自助游的网上报名，都比平时增加了30%-40%。2005年“五一”期间，携程旅行网的酒店预订量达到了7900间/夜，酒店、机票和度假的节前预订量都比2004年增长了300%以上。火爆的旅游市场带来了旅游网站的全线飘红。
电子商务在我国旅游业主要有以下几个方面的发展态势。
(一)旅游业电子商务成为旅游产品最佳展示台
旅游网站可向游客提供无所不有的旅游信息服务，诸如旅游路线、景点、饭店、交通、气象、人文及旅游常识、注意事项、旅游观感、货币兑换等，而且这些旅游信息多是图、文、声、像并茂。旅游电子商务不仅可使游客从网上轻松地收集详尽的动态信息，而且还可提供虚拟旅游产品，给消费者以身临其境之感。比如，利用多媒体技术，可在网上建立虚拟客房，让游客在笑容可掬的服务员带领下，进入虚拟客房的三维空间，享受服务员为你提供的沏茶、放音乐等服务；并且可随着服务员悦耳动听的介绍，游览客房内的装潢、设施，查看饭店的服务项目，了解客房电器按钮的使用方法等。这样的虚拟产品使酒店的有形产品与无形服务达到最完美的结合。其不但使人们“足不出户、畅游天下”的梦想成为现实，而且也迎合了大众“看货订物”的消费心理。这一切是传统旅游服务所无法比拟的，而且其成本远比传统宣传媒体低得多。
旅游网站上有覆盖中国乃至世界的最广泛的旅游目的地指南，可以为消费者提供全面的旅游资讯服务，并可为游客的决策提供参考信息，起到了一个自然的导购作用。旅游网站还实现了旅行产品的网上一站式服务，包括酒店、机票和旅行路线的预订等，并实现了在线支付旅游费用，免去游客携款外出的麻烦，方便游客对旅游产品的订购。此外，旅游网站可突破时空的限制，为消费者提供全天候、跨地域的服务。尤为重要的是旅游电子商务提供的具有竞争力的产品价格，给旅客带来实惠，从而受到消费者的青睐。
(二)电子商务与旅游网站接轨
涉及旅游业的电子商务除了选择优质的旅游产品供应商，督促和协助旅游目的地不断完善与旅游行为相关的诸如交通、住宿、娱乐、景区建设等“硬件”设施、“软件”服务外，还与旅游网站有良好的接轨。以广西桂林旅游业为例，目前桂林帝苑酒店(cbw.con/hotel／royalgarden)、桂林伏波山大酒店(／hotel／fubo-guilin／)、桂林环球大酒店(／hotel／univer-sal-guilin／)、桂林国旅(／)等均有自己的网站或网页，如何以旅游需求为导向，通过公司的网站与网络很好地接轨，成为值得关注的问题。专业旅游网站发展电子商务需要有强大的专业产业资源做后盾，同时品牌、资本投入和支付方式等问题的彻底解决也需要一个渐进的过程。另外，在网络站点设计风格、网络报价、网络预订处理、网络客源分析、网络客人接待、客人资料保存整理等方面，尚有大量工作要做。因此，国内旅游网站需要改革以往“大而全”的模式，向专业细分的行业商务门户转变，将增值内容和商务平台紧密集成，充分发挥互联网在信息服务方面的优势，使旅游电子商务真正进入“PA用户需求为中心”的实用阶段。同时，网络工作者还应该拓宽视野，针对我国旅游的客源国情况提供不同版本的网上资料，如英文版、日文版、法文版等，积极接纳全球的访问者。但在这一点上，桂林的旅游网站出现了一个值得注意的问题：桂林伏波山大酒店、桂林环球大酒店、榕湖饭店／hotel／ronghu／index.html)等涉外饭店的网页上，介绍说明都是英文的，仅有桂林帝苑酒店提供了中英文两个版本。这个老牌旅游城市的旅游企业在招徕外国游客、给他们提供方便的同时，怎么把国内游客给遗忘了呢?旅游网站只注重国际游客或国内游客都不能算完善，只有齐头并进，才是发展的最佳模式。由此可见，我国旅游电子商务要实现真正的规模效应，还有很长的一段路要走。
(三)旅游业电子商务以增值服务为目标
当前，我国旅游网站不少，但真正从事电子商务活动、具有影响力的网站却为数不多。很多旅游网站仅限于做旅游产品的介绍或广告宣传，即使有网上销售，也仅仅限于酒店客房的预订，无法满足游客对住、行、游的基本需求，更谈不上满足消费者自助游等个性化要求了。桂林喜来登饭店是一家五星级饭店，该饭店近几年来先后加盟国内多个旅游网站，但通过网上销售带来的散客几乎全是来自携程旅行网一家旅游网站。由此可见，兴建规模大、覆盖面广、影响力大、知名度高、可提供旅游“一条龙”全程服务及满足个性化自助服务要求的旅游网站，是旅游电子商务欣欣向荣、纵深发展的关键所在。酒店客房预订是旅游产品销售的主要内容之一，但目前的酒店客房预订中，存在的最大问题是不能直接向客户反映客房的实时状况，即使是国内“订房老大”携程旅行网也没有做到这一点。在这一问题上，我们应向香港珀丽酒店学习。被誉为电脑化精品酒店的香港珀丽酒店(Rosedale)的网络预订系统——塞雷纳塔预订酒店(Serenata′sBookHotel)确属当今亚洲之最。访问珀丽酒店的网站，只要一按“预订”按钮，系统就马上与酒店内部的Fidelio数据库实时联接，向客户提供最近一分钟的客房销售情况和促销优惠的报价。客人选定房间后，系统立即提供由星东网(StarEastNet)和中国银行联合构建的支付平台，从而获得客人信用卡的详细资料和预付款。预订—旦确认，马上通过塞雷纳塔的电子邮箱通知客人。如此快捷、简便的实时预订确实让人耳目一新。解决这一问题的关键是网上预订系统必须与饭店内部局域网中管理系统的数据库相连，只有这样，才能免去网站与饭店确认预订的周折，为客户提供更优质高效的服务，提高旅游网站的访问率。
(四)在线旅游经营商的“两极分化”
中国第二大在线旅游服务提供商艺龙网信息技术北京)有限公司(以下简称e龙)在2006年7月30日宣布：国际在线旅游巨头InterActiveCorp公司(Nasdaq：IACI，以下简称IAC)以6000万美元的代价，获得了e龙300的股权间。这意味着，IAC向进军中国旅游市场的目标迈出了重要的一步。此前不久，e龙的主要竞争对手、中国最大的在线旅游服务提供商携程旅行网(Nasdaq：CTRP，以下简称携程)，继2005年年末在纳斯达克成功上市募集资金400余万美元之后，接受了日本网络零售商乐天(Rakuten)1.09亿美元的注资，乐天因此获得携程21.6%的股权。外国资本对中国旅游电子商务网站的一系列注资行为，表明中国在线旅游服务市场已经发展到了足以吸引他们的规模。旅游业和互联网正在进行越来越紧密的联合，全球范围内的在线旅游服务市场开始加速布网。
在线市场中有竞争力的旅游销售商有两种：一是大型旅游电子商务网站(如和)或全球化旅游企业集团(如和)，它们的优势是能提供种类多样、数量巨大的旅游产品。在欧美，一些大型旅游网站提供的旅游产品竟达三四万种之多，充分满足了旅游者的多样化需求和比较选择愿望。二是提供特色旅游产品或服务的小型旅游企业，它们的优势是小而精，专门服务于小的细分市场，并在他们从事的领域成为专家。
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与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,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“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,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
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。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司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),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。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,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用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,在有限的器件容量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,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。
总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。
参考文献
(l)林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992
(2)季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998
(3)叶治正,叶靖国:开关稳压电源。高等教育出版社,1998
张国君,男,1962年生,博士后,副总工程师,1997年5月于天津大学测控博士后流动站出站,现从事通信电源和电力直流操作电源系统的研究开发工作,并在清华大学电力电子研究中心进行第二站博士后研究工作。
现代电力电子技术的发展方向,是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学,向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代,并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件,表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
1.1整流器时代
大功率的工业用电由工频(50Hz)交流发电机提供,但是大约20%的电能是以直流形式消费的,其中最典型的是电解(有色金属和化工原料需要直流电解)、牵引(电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等)和直流传动(轧钢、造纸等)三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了-股各地大办硅整流器厂的热潮,目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。
1.2逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机,交流电机变频惆速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0~100Hz的交流电。在七十年代到八十年代,随着变频调速装置的普及,大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管(GTR)和门极可关断晶闸管(GT0)成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出,静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变,但工作频率较低,仅局限在中低频范围内。
1.3变频器时代
进入八十年代,大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展,为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合,出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世,导致了中小功率电源向高频化发展,而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现,又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世,是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。据统计,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半导体器件市场上已达到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在电力电子领域巳成定论。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率,使其性能更加完善可靠,而且使现代电子技术不断向高频化发展,为用电设备的高效节材节能,实现小型轻量化,机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
2.现代电力电子的应用领域
2.1计算机高效率绿色电源
高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会,同时也促进了电源技术的迅速发展。八十年代,计算机全面采用了开关电源,率先完成计算机电源换代。接着开关电源技术相继进人了电子、电器设备领域。
计算机技术的发展,提出绿色电脑和绿色电源。绿色电脑泛指对环境无害的个人电脑和相关产品，绿色电源系指与绿色电脑相关的高效省电电源,根据美国环境保护署l992年6月17日“能源之星"计划规定,桌上型个人电脑或相关的设备,在睡眠状态下的耗电量若小于30瓦,就符合绿色电脑的要求,提高电源效率是降低电源消耗的根本途径。就目前效率为75%的200瓦开关电源而言,电源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高频开关电源
通信业的迅速发展极大的推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。目前在程控交换机用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源(也称为开关型整流器SMR)通过MOSFET或IGBT的高频工作,开关频率一般控制在50-100kHz范围内,实现高效率和小型化。近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。
因通信设备中所用集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48V直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。
2.3直流-直流(DC/DC)变换器
DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制,同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20~30)%。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源),同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。
通信电源的二次电源DC/DC变换器已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为5W~20W/in3。随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构,目前已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。
2.4不间断电源(UPS)
不间断电源(UPS)是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。交流市电输入经整流器变成直流,一部分能量给蓄电池组充电,另一部分能量经逆变器变成交流,经转换开关送到负载。为了在逆变器故障时仍能向负载提供能量,另一路备用电源通过电源转换开关来实现。
现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件,电源的噪声得以降低,而效率和可靠性得以提高。微处理器软硬件技术的引入,可以实现对UPS的智能化管理,进行远程维护和远程诊断。
目前在线式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS发展也很迅速,已经有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多种规格的产品。
2.5变频器电源
变频器电源主要用于交流电机的变频调速,其在电气传动系统中占据的地位日趋重要,已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电压,然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器,将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出,电源输出波形近似于正弦波,用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
国际上400kVA以下的变频器电源系列产品已经问世。八十年代初期,日本东芝公司最先将交流变频调速技术应用于空调器中。至1997年,其占有率已达到日本家用空调的70%以上。变频空调具有舒适、节能等优点。国内于90年代初期开始研究变频空调,96年引进生产线生产变频空调器,逐渐形成变频空调开发生产热点。预计到2000年左右将形成高潮。变频空调除了变频电源外,还要求有适合于变频调速的压缩机电机。优化控制策略,精选功能组件,是空调变频电源研制的进一步发展方向。
2.6高频逆变式整流焊机电源
高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于IGBT大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。
逆变焊机电源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)变换的方法。50Hz交流电经全桥整流变成直流,IGBT组成的PWM高频变换部分将直流电逆变成20kHz的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。
由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁的处于短路、燃弧、开路交替变化之中,因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性问题成为最关键的问题,也是用户最关心的问题。采用微处理器做为脉冲宽度调制(PWM)的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理,解决了目前大功率IGBT逆变电源可靠性。
国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300A,负载持续率60%,全载电压60~75V,电流调节范围5~300A,重量29kg。
2.7大功率开关型高压直流电源
大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用X光机和CT机等大型设备。电压高达50~l59kV,电流达到0.5A以上,功率可达100kW。
自从70年代开始,日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kHz左右的中频,然后升压。进入80年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20kHz以上。并将干式变压器技术成功的应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。
国内对静电除尘高压直流电源进行了研制,市电经整流变为直流,采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kV,电流达到15mA,工作频率为25.6kHz。
2.8电力有源滤波器
传统的交流-直流(AC-DC)变换器在投运时,将向电网注入大量的谐波电流,引起谐波损耗和干扰,同时还出现装置网侧功率因数恶化的现象,即所谓“电力公害”,例如,不可控整流加电容滤波时,网侧三次谐波含量可达(70~80)%,网侧功率因数仅有0.5~0.6。
电力有源滤波器是一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置,能克服传统LC滤波器的不足,是一种很有发展前途的谐波抑制手段。滤波器由桥式开关功率变换器和具体控制电路构成。与传统开关电源的区别是:(l)不仅反馈输出电压,还反馈输入平均电流;(2)电流环基准信号为电压环误差信号与全波整流电压取样信号之乘积。
2.9分布式开关电源供电系统
分布式电源供电系统采用小功率模块和大规模控制集成电路作基本部件,利用最新理论和技术成果,组成积木式、智能化的大功率供电电源,从而使强电与弱电紧密结合,降低大功率元器件、大功率装置(集中式)的研制压力,提高生产效率。
八十年代初期,对分布式高频开关电源系统的研究基本集中在变换器并联技术的研究上。八十年代中后期,随着高频功率变换技术的迅述发展，各种变换器拓扑结构相继出现,结合大规模集成电路和功率元器件技术,使中小功率装置的集成成为可能,从而迅速地推动了分布式高频开关电源系统研究的展开。自八十年代后期开始,这一方向已成为国际电力电子学界的研究热点,论文数量逐年增加，应用领域不断扩大。
分布供电方式具有节能、可靠、高效、经济和维护方便等优点。已被大型计算机、通信设备、航空航天、工业控制等系统逐渐采纳,也是超高速型集成电路的低电压电源(3.3V)的最为理想的供电方式。在大功率场合,如电镀、电解电源、电力机车牵引电源、中频感应加热电源、电动机驱动电源等领域也有广阔的应用前景。
3.高频开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源,传统的电路非常庞大而笨重,如果采用高顿开关电源技术,其体积和重量都会大幅度下降,而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中,更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率,从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术,更是各种大功率开关电源(逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等)的核心技术。
3.1高频化
理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与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,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统“整流行业”的电镀、电解、电加工、充电、浮充电、电力合闸用等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为“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,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。
3.2模块化
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。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年,有些公司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),不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。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,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件之间不再有传统的引线连接,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片,再把整个模块固定在相应的散热器上,就构成一台新型的开关电源装置。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。另外,大功率的开关电源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑,一般采用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,在有限的器件容量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,极大的提高系统可靠性,即使万一出现单模块故障,也不会影响系统的正常工作,而且为修复提供充分的时间。
3.3数字化
在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。
3.4绿色化
电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少)对电网产生污染,国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为2l世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。
现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现,现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下,由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性,使器件性能对开关电源性能的影响减至最小,新型的电源电路拓扑和新型的控制技术,可使功率开关工作在零电压或零电流状态,从而可大大的提高工作频率,提高开关电源工作效率,设计出性能优良的开关电源。
总而言之,电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展,新技术的出现又会使许多应用产品更新换代,还会开拓更多更新的应用领域。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着这些技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,仅国内有20多亿人民币的市场需求,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。
参考文献
(l)林渭勋:浅谈半导体高频电力电子技术,电力电子技术选编,浙江大学,384-390,1992
(2)季幼章:迎接知识经济时代,发展电源技术应用,电源技术应用,N0.2,l998
关键词：发展趋势技术创新器件开发应用推广
1概述
自本世纪五十年代未第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子的诞生。进入70年代晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品，普通晶闸管不能自关断的半控型器件，被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技术理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容易和类型等方面得到了很大发展，是电力电子技术的又一次飞跃，先后研制出GTR.GTO，功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。而以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件，开始向大容易高频率、响应快、低损耗方向发展。而进入90年代电力电子器件正朝着复台化、标准模块化、智能化、功率集成的方向发展，以此为基础形成一条以电力电子技术理论研究，器件开发研制，应用渗透性，在国际上电力电子技术是竞争最激烈的高新技术领域。
2电力电子器发展回顾
整流管是电力电子器件中结构最简单，应用最广泛的一种器件。目前已形成普通型，快恢复型和肖特基型三大系列产品，电力整流管对改善各种电力电子电路的性能，降低电路损耗和提高电流使用效率等方面都具有非常重要的作用。自1958年美国通用电气GE公司研制出第一个工业用普通晶闸管开始，其结构的改进和工艺的改革为新器件开发研制奠定了基础，在以后的十年间开发研制出双向，逆变、逆导、非对称晶闸管，至今晶闸管系列产品仍有较为广泛的市场。
1964年在美国第一次试制成功了0.5kV/0.01kA的可关断的GTO至今，目前以达到9kV/0.25kA/0.8kHz的可关断的GTO至今，目前以达到9kV/2.5kA/0.8kHZ及6kV/6kA/1kHZ的水平，在当前各种自关断器件中GTO容量量最大，但其工作频率最低，但其在大功率电力牵引驱动中有明显的优势，因此它在中压、大客量领域中占有一席之地。70年代研制出GTR系列产品，其额定值已达1.8kV/0.8kA/2kHZ，0.6kV/0.003kA/100kHZ，它具有组成的电路灵活成熟，开关损耗小、开关时间短等特点，在中等容量、中等频率的电路中应用广泛，而作为高性能，大容量的第三代绝缘栅型双极性晶体管IGBT，因其具有电压型控制，输入阻抗大、驱动功率小，开关损耗低及工作频率高等特点，其有着广阔的发展前景。而IGCT是最近发展起来的新型器件，它是在GTO基础上发展起来的器件，称为集成门极换流晶闸管，也有人称之为发射极关断晶闸管，它的瞬时开关频率可达20kHZ，关断时间为1μs，dildt4kA/ms，du/dt10-20kV/ms，交流阻断电压6kV，直流阻断电压3.9kV，开关时间<2ks，导通压降3600A时，2.8V，开关频率>1000Hz。
3电力电子器件发展趋势
进入90年代电力电子器件的研究和开发，已进入高频化，标准模块化，集成化和智能时代。从理论分析和实验证明电气产品的体积与重量的缩小与供电频率的平方根成反比，也就说，当我们将50Hz的标准二频大幅的提高之后，使用这样工频的电气设备的体积与重量就能大大缩小，使电气设备制造节约材料，运行时节电就更加明显，设备的系统性能亦大为改善，尤其是对航天工业其意义十分深远的。故电力电子器件的高频化是今后电力电子技术创新的主导方向，而硬件结构的标准模块是器件发展的必然趋势，目前先进的模块，已经包括开关元件和与其反向并联的续流二极管在内及驱动保护电路多个单元，并都以标准化和生产出系列产品，并且可以在一致性与可靠性上达到极高的水平。目前世界上许多大公司已开发出IPM智能化功率模块，如日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的产品推出。日本新电元公司的IPM智能化功率模块的主要特点是：
3.1它内部集成了功率芯片，检测电路及驱动电路，使主电路的结构为最简。
3.2其功率芯片采用的是开关速度高，驱动电流小的IGBT，且自带电流传感器，可以高效地检测出过电流和短路电流，给功率芯片以安全的保护。
3.3在内部配线上将电源电路和驱动电路的配线长度控制到最短，从而很好地解决了浪涌电压及噪声影响误动作等问题。
3.4自带可靠的安全保护措施，当故障发生时能及时关断功率器件并发出故障信号，对芯片实施双重保护，以保证其运行的可靠性。
4电力电子技术创新
自本世纪五十年代未第一只晶闸管问世以来，电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台，以此为基础开发的可控硅整流装置，是电气传动领域的一次革命，使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代，这标志着电力电子的诞生。进入70年代晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品，普通晶闸管不能自关断的半控型器件，被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技术理论研究和制造工艺水平的不断提高，电力电子器件在容易和类型等方面得到了很大发展，是电力电子技术的又一次飞跃，先后研制出GTR.GTO，功率MOSFET等自关断全控型第二代电力电子器件。而以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件，开始向大容易高频率、响应快、低损耗方向发展。而进入90年代电力电子器件正朝着复台化、标准模块化、智能化、功率集成的方向发展，以此为基础形成一条以电力电子技术理论研究，器件开发研制，应用渗透性，在国际上电力电子技术是竞争最激烈的高新技术领域。
2电力电子器发展回顾
整流管是电力电子器件中结构最简单，应用最广泛的一种器件。目前已形成普通型，快恢复型和肖特基型三大系列产品，电力整流管对改善各种电力电子电路的性能，降低电路损耗和提高电流使用效率等方面都具有非常重要的作用。自1958年美国通用电气GE公司研制出第一个工业用普通晶闸管开始，其结构的改进和工艺的改革为新器件开发研制奠定了基础，在以后的十年间开发研制出双向，逆变、逆导、非对称晶闸管，至今晶闸管系列产品仍有较为广泛的市场。
1964年在美国第一次试制成功了0.5kV/0.01kA的可关断的GTO至今，目前以达到9kV/0.25kA/0.8kHz的可关断的GTO至今，目前以达到9kV/2.5kA/0.8kHZ及6kV/6kA/1kHZ的水平，在当前各种自关断器件中GTO容量量最大，但其工作频率最低，但其在大功率电力牵引驱动中有明显的优势，因此它在中压、大客量领域中占有一席之地。70年代研制出GTR系列产品，其额定值已达1.8kV/0.8kA/2kHZ，0.6kV/0.003kA/100kHZ，它具有组成的电路灵活成熟，开关损耗小、开关时间短等特点，在中等容量、中等频率的电路中应用广泛，而作为高性能，大容量的第三代绝缘栅型双极性晶体管IGBT，因其具有电压型控制，输入阻抗大、驱动功率小，开关损耗低及工作频率高等特点，其有着广阔的发展前景。而IGCT是最近发展起来的新型器件，它是在GTO基础上发展起来的器件，称为集成门极换流晶闸管，也有人称之为发射极关断晶闸管，它的瞬时开关频率可达20kHZ，关断时间为1μs，dildt4kA/ms，du/dt10-20kV/ms，交流阻断电压6kV，直流阻断电压3.9kV，开关时间<2ks，导通压降3600A时，2.8V，开关频率>1000Hz。
3电力电子器件发展趋势
进入90年代电力电子器件的研究和开发，已进入高频化，标准模块化，集成化和智能时代。从理论分析和实验证明电气产品的体积与重量的缩小与供电频率的平方根成反比，也就说，当我们将50Hz的标准二频大幅的提高之后，使用这样工频的电气设备的体积与重量就能大大缩小，使电气设备制造节约材料，运行时节电就更加明显，设备的系统性能亦大为改善，尤其是对航天工业其意义十分深远的。故电力电子器件的高频化是今后电力电子技术创新的主导方向，而硬件结构的标准模块是器件发展的必然趋势，目前先进的模块，已经包括开关元件和与其反向并联的续流二极管在内及驱动保护电路多个单元，并都以标准化和生产出系列产品，并且可以在一致性与可靠性上达到极高的水平。目前世界上许多大公司已开发出IPM智能化功率模块，如日本三菱、东芝及美国的国际整流器公司已有成熟的产品推出。日本新电元公司的IPM智能化功率模块的主要特点是：
3.1它内部集成了功率芯片，检测电路及驱动电路，使主电路的结构为最简。
3.2其功率芯片采用的是开关速度高，驱动电流小的IGBT，且自带电流传感器，可以高效地检测出过电流和短路电流，给功率芯片以安全的保护。
3.3在内部配线上将电源电路和驱动电路的配线长度控制到最短，从而很好地解决了浪涌电压及噪声影响误动作等问题。
3.4自带可靠的安全保护措施，当故障发生时能及时关断功率器件并发出故障信号，对芯片实施双重保护，以保证其运行的可靠性。
4电力电子技术创新
98年未朱基总理明确指示，今后必须加快国家创新体系的建设，因此可以肯定的说，在21世纪初国家发展中，技术创新将要变成企业工作的主导内容，而发展与建立适合中国国情的电气工业的技术创新机制，通过电力电子技术长足进步推动新型电气工业不断升级和进步进而走向世界。电力电子技术虽然它具有微电子技术的许多共同特征，如发展变化都非常迅速，渗透力和创新表现十分突出，生命力格外旺盛，处于阳光产业地位，并与其它学科相互融合和发展产生新的机遇，而电力电子技术还有其自身一些独具特色的地方，如高电压、大容量及控制功率范围大，因此技术的创新难度在于必须跨越高电压大功率这一关卡，及其技术的综合难度，如材料工业和制造工艺，而电力电子器件工作的可靠性是其极其重要的一个技术指标。为此电力电子技术的创新是与多种学科相互渗透并对各种工业领域有着极强的渗透性。因此电力电子技术与国家的基础产业关系密切，并与国家发展的各项方针及产业政策相配台的要求在21世纪会显得越来越强烈。电力电子技术又称为能流技术，因此电力电子技术的发展与创新是21世纪可持续发展战略纲领的重要组成部分。在21世纪初加快现代电力电子化转化的力度，必将形成一条朝阳的高科技产业链，推动我国工业领域的技术创新。
电力电子技术的创新与电力电子器件制造工艺，已成为世界各国工业自动化控制和机电一体化领域竞争最激烈的阵地，各发达国家均在这一领域注入极大的人力，物力和财力，使之进入高科技行业，就电力电子技术的理论研究言，目前日本、美国及法国、荷兰、丹麦等西欧国家可以说是齐头并进，在这些国家各种先进的电力电子功率量不断开发完善，促进电力电子技术向着高频化迈进，实现用电设备的高效节能，为真正实现工控设备的小型化，轻量化，智能化奠定了重要的技术基础，也为21世纪电力电子技术的不断拓展创新描绘了广阔的前景。我国开发研制电力电子器件的综合技术能力与国外发达国家相比，仍有较大的差距，要发展和创新我国电力电子技术，并形成产业化规模，就必须走有中国特色的产学创新之路，即牢牢坚持和掌握产、学、研相结合的方法走共同发展之路。从跟踪国外先进技术，逐步走上自主创新，从交叉学科的相互渗透中创新，从器件开发选择及电路结构变换上创新，这对电力技术创新是尤其实用的。也要从器件制造工艺技术引导创新，从新材料科学的应用上创新，以此推动电力电子器制造工艺的技术创新，提高器件的可靠性。由此形成基础积累型的创新之路。并要把技术创新与产品应用及市场推广有机结合，已加快科技创新的自我强化的循环，促进和带动技术创新有着稳定的基础，以使我国电力电子技术及器件制造工艺技术有以长足的发展，并形成一个全新的圾阳产业，转化为巨大的生产力，推动我国工业领域由粗板型经营走向集型，促进国民经济以高速、高度、可持续发展。
随着我国现代科技的发展，电工电子技术已经作为电气工程领域信息化的基础，对国家的科技和经济发展具有重要的作用。目前，我国的电工电子技术已经有了很大的进步，并被广泛应用在多个领域之中。通过应用电工电子技术，电气工程行业的工作效率得到了显著的提升。但是，由于各种历史因素的影响，我国的电工电子技术水平普遍较低，尤其是和西方一些发达国家相比，电工电子技术应用情况相对较差，因此，加强电工电子技术领域的研究，对我国电气工程工业的发展具有重要的意义。本文从我国的工业发展实际需要出发，对电工电子技术的基本理论、应用现状进行了介绍，并对电工电子技术的发展情况进行了探讨。
2电子电工技术简介
2.1电子电工技术的基本特点随着电工电子技术的进步，各种新型电子器件的使用和研究也步入了新的阶段，目前，电工电子技术呈现出如下几个特点：
2.1.1高频化高频化是指电子器件在集成化的前提下也提高了器件的工作速度。
2.1.2集成化集成化是指全控型器件通过并联多个单元器件，并将其全部集成在一个基片上的技术。
2.1.3高效率化高效率化主要表现在两个主要的方面，即器件和变换技术。通过降低器件的压降，能够实现降低损耗的目的。
2.1.4全控化全控化表现在将有自断电功能的器件应用到电力系统中，从而取代了半控型的晶闸管，这是一项电子器件的重大突破。全控化的实现，在很大程度上实现了电路设计的精简化。
2.2电子电工技术的应用现状
2.2.1优化电能的使用以整个电力系统的正常运行为前提，通过合理整合和配置电能资源，电子电工技术能够对电能进行广泛的优化。
2.2.2实现了机电一体化设计随着电子技术的发展，通过改造加工传统产业，逐渐实现了新型机电一体化的产业化发展。
2.2.3促进了电子技术的智能化发展电子电工技术的智能化，首先保障了功率和信息的和谐发展，并在此基础上促进电子电工技术的一体化进程。
2.2.4指明了系统工频的研究方向以电子电工技术的发展为背景，为了在小型化发展的过程中使机电设备加快响应速度，就需要进行系统高频和变频化的研究，这样才能支持和保证电气工程设备的安全稳定运行。
3电工电子技术的发展研究
电工电子技术在交通运输、电气工程、能源开发等多个领域都有着广泛的应用。随着各种新材料和新技术的使用，电工电子技术也得到了巨大的发展。下面，我们对电工电子技术的新研究领域进行了探讨。
3.1太阳能和风力发电技术风能和太阳能是两种存储量最大的可再生资源，目前已经得到了越来越广泛的应用。随着建设规模的不断提升，风力和太阳能发电厂的投资成本下降了很多，装机容量也不断地扩大，电工电子技术得到了很好的应用。目前，建设规模更大、容量更高的新能源电厂，提高能量的转换效率，已经成为该领域电工电子技术研究的重点内容。
3.2太阳能电池发电技术太阳能电池的发展和电工电子技术的发展息息相关，新型太阳能技术将光伏电池镶嵌到塑料薄膜的外表面，进而形成太阳能薄膜，这样不仅降低了投资成本，也显著提高了发电厂的发电效率。
3.3磁流体发电技术磁流体发电是指通过加热燃料使其成为易电离的状态，然后在磁场中高速运动切割磁力线，进而产生电能的技术。该技术在很大程度上提高了能量的转换效率。目前，该技术的原理实验已获得成功，电工电子技术方面还需要在功率调节、超导磁体和发电通道等方面进行更深入的研究。
3.4受控核聚变技术受控核聚变是一种性价比高、安全无污染、原料充足、运行可靠的新型能源技术。与氢弹爆炸类似，受控核聚变的技术难度相对较高，并且无法进行有效的控制，因此，需要通过电工电子技术中的辅助加热、强磁场、等离子体和大能量脉冲等技术为核聚变技术的发展提供支持，使核聚变的反应条件、启动和停止都在可控范围内。
3.5微型光芯片技术微型光芯片技术能够显著降低光缆的入户成本，从而让家庭用户方便地享用真正的高速宽带技术。微型光芯片通过把不同类型的光路集中在同一个芯片上，使光缆体积大大减小，同时还不会影响数据的传输，在节约成本方面起到了积极的作用。
3.6磁悬浮技术磁悬浮列车的高速度甚至超过了飞机，使乘客真正享受到了出行的方便，其应用的前景非常广阔。事实上，磁悬浮列车使用的磁悬浮技术也是一种电工电子技术，它通过减少行车的阻力，提高了行驶的速度，同时还具有能耗低、运行安全、噪声低、运力强的特点。磁悬浮技术是一种集合了供电系统、电机驱动、磁悬浮和列车检测等多种电工电子技术的高新科技。
3.7超导电工技术高温超导技术对超导的应用不再局限在实验室中，超导储能、超导输电都在超导技术领域得到了实际的应用。目前，超导电工技术已经成了电工电子技术发展的重点，超导体的使用将会更加普遍。
4结论
