電子技術(shù)在開關(guān)電源中的運(yùn)用

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摘要：電力電子技術(shù)在開關(guān)電源中的應(yīng)用關(guān)乎到電源能耗。結(jié)合我國電力電子技術(shù)的發(fā)展，分析電力電子技術(shù)在開關(guān)電源中的應(yīng)用。針對(duì)電力電子技術(shù)在開關(guān)電源中的應(yīng)用展開研究。

關(guān)鍵詞：電力電子；開關(guān)電源；高頻開關(guān)。

1引言

我國電力電子技術(shù)中廣泛引進(jìn)信息電子技術(shù)以及半導(dǎo)體技術(shù)，這使得電力電子技術(shù)朝著高頻方向發(fā)展。電力電子技術(shù)主要包括變流電路、電子器件、控制電路。開關(guān)電源主要借助電力電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體器件開通和關(guān)斷的控制，保證電壓輸出穩(wěn)定。開關(guān)電源相較傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源占地較小且應(yīng)用效率高，因此廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品中。但與此同時(shí)，開關(guān)電源在實(shí)際應(yīng)用過程中受到電磁干擾的影響，而且電路分布復(fù)雜，受到射頻干擾程度較大。開關(guān)電源中的整機(jī)電路由控制電路以及主電路進(jìn)行控制，其中，整機(jī)電路主電路復(fù)雜電網(wǎng)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，包括輸出整流濾波、輸入整流濾波以及功率轉(zhuǎn)換。本文中以當(dāng)前較為常用的高頻開關(guān)電源為例，闡述高頻開關(guān)電源的應(yīng)用特點(diǎn)，并分析電力電子技術(shù)在開關(guān)電源中的應(yīng)用。

2高頻開關(guān)電源的特點(diǎn)

2.1分類

根據(jù)開關(guān)電源的實(shí)際用途以及標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行分類，有著多種分類方式。首先，根據(jù)開關(guān)電源的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分類，可將開關(guān)電源分成他勵(lì)式、自勵(lì)式兩種[1]。如果按照開關(guān)電源的輸出/入類型進(jìn)行劃分，則能夠分為AC/DC以及DC/DC兩種不同變換器。想要實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行精準(zhǔn)控制，按照控制方式以及用途不同，可將開關(guān)電源分為PFM混合式、PWM脈沖寬度調(diào)制式等等。對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行電路劃分，可將開關(guān)電源分為諧振型開關(guān)電源、非諧振型開關(guān)電源。

2.2應(yīng)用

高頻開關(guān)電源在實(shí)際應(yīng)用過程中能夠?qū)崿F(xiàn)交流電源的轉(zhuǎn)換工作，從而滿足電氣設(shè)備的供電需求。高頻開關(guān)電源在運(yùn)行時(shí)，電流經(jīng)過大功率開關(guān)元件的逆變電路，進(jìn)行低壓轉(zhuǎn)換，最終形成穩(wěn)定的輸出電壓。一般來說，現(xiàn)代高頻開關(guān)電源具有重量輕、體積小的顯著特點(diǎn)。高頻開關(guān)電源在使用過程中不需要借助工頻變壓器，這使得高頻開關(guān)電源的質(zhì)量和體積相較于其他開關(guān)電源更輕、更小，便于安裝和使用。盡管高頻開關(guān)電源體積以及重量不足其他開關(guān)電源的一半，但是高頻開關(guān)電源卻有著極大的功率系數(shù)，并且能夠利用硅導(dǎo)通角對(duì)相變整流器實(shí)際功率進(jìn)行控制。高頻開關(guān)電源負(fù)載的變化也會(huì)影響到功率系數(shù)的變化，當(dāng)負(fù)載產(chǎn)生變化變小時(shí)，對(duì)應(yīng)的系數(shù)也會(huì)變小。此外，高頻開關(guān)電源噪聲較小也是一大特點(diǎn)[2]。高頻開關(guān)電源在運(yùn)行過程中的噪聲還不到50db。相比之下，高頻開關(guān)電源運(yùn)行時(shí)的噪聲比相控整流設(shè)備運(yùn)行過程中的噪聲降低了35%之多。而且，高頻開關(guān)電源在開關(guān)的瞬間能源消耗較低，這有利于節(jié)能減排，并能夠有效提升整機(jī)的運(yùn)行效率。

3電力電子技術(shù)

3.1電力電子技術(shù)在高頻開關(guān)電源中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在高頻開關(guān)電源中的應(yīng)用十分廣泛。高頻開關(guān)電源支持大功率晶體管運(yùn)行，并能夠有效提升整流器功率容量。隨著人們對(duì)于集成電路所展開的深入研發(fā)，促進(jìn)了高頻開關(guān)電源在電氣工程領(lǐng)域的應(yīng)用，也使得開關(guān)電源朝著模塊化、微小化和高效化的方向發(fā)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)以及通信技術(shù)的應(yīng)用，使得高頻開關(guān)電源設(shè)備更具穩(wěn)定性。借助UPS經(jīng)過整流器能夠?qū)崿F(xiàn)電流的直流輸出，將交流電轉(zhuǎn)換為兩部分。開關(guān)電源中的一部分電流傳送至轉(zhuǎn)換開關(guān)、逆變器等元器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的正常工作，另一部分則流入電池，為電池進(jìn)行充電。不間斷電源借助大功率IGBT，能夠有效降低噪聲強(qiáng)度，并在一定程度上保提高了高頻開關(guān)電源的系統(tǒng)穩(wěn)定性。高頻變頻器主要應(yīng)用于開關(guān)電源的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)變頻速度的調(diào)控。高頻變頻器電源經(jīng)過高頻變換器、大功率晶體管，實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，改變電壓的頻率、功率，具有節(jié)能減排的作用。借助現(xiàn)代高新技術(shù)，能夠?qū)㈤_關(guān)電源中強(qiáng)電和弱電進(jìn)行結(jié)合，能夠有效降低開關(guān)電源研發(fā)的成本，具有節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)高效的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[3]。

3.2技術(shù)優(yōu)勢(shì)

采用電力電子技術(shù)中的軟開關(guān)技術(shù)能夠有效降低開關(guān)電源的故障發(fā)生率。借助IGBT功率器件對(duì)開關(guān)電源中PWM進(jìn)行控制，從而解決大功率電源逆變主電路結(jié)構(gòu)的能源消耗問題，降低開關(guān)電源的能耗。應(yīng)用諧振原理解決傳統(tǒng)開關(guān)電源的浪涌電流問題，并有助于減緩電壓尖峰，降低系統(tǒng)故障發(fā)生概率。諧振電路在進(jìn)行開啟和關(guān)閉時(shí)能夠?qū)Ω哳l變壓器中的電容、電感進(jìn)行吸收，降低開關(guān)電源的能耗，同時(shí)能夠?yàn)榫w管等元件進(jìn)行減壓。相比于傳統(tǒng)電路開關(guān)啟動(dòng)造成的巨大能耗損失，采用電力電子技術(shù)能夠有效保證開關(guān)電源運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高開關(guān)電源的利用率。此外，電力電子技術(shù)中的同步整流技術(shù)能夠有效提高開關(guān)電源的運(yùn)行效率。同步整流技術(shù)將整流開關(guān)二極管部位的金屬絕緣體的二分之一進(jìn)行反接，使同步電流通過零電壓/電流開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)同步整流的初始脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)，以這種方式實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。通常情況下，同步整流技術(shù)適用于一些電壓較低、電流較大的開關(guān)電源中。電力電子技術(shù)中的控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多路電流/電壓的控制。在控制技術(shù)實(shí)施過程中，主電路的設(shè)計(jì)需符合開關(guān)變換器結(jié)構(gòu)要求，并具備離散非線性的特點(diǎn)?？刂萍夹g(shù)具有其動(dòng)態(tài)性，能夠利用時(shí)間周期的變化對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行控制。在開關(guān)電源控制技術(shù)中應(yīng)用到的算法包括：基因算法、模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法等等。這些算法的應(yīng)用可以保證計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度有所提升，并且使開關(guān)電源運(yùn)行更加智能，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的高效化、數(shù)字化、模塊化。

3.3發(fā)展趨勢(shì)

開關(guān)電源在運(yùn)行過程中具備安全、高效、可靠、節(jié)能、低噪等顯著優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段，常見的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管，這種型號(hào)的開關(guān)電源在頻率控制上仍有待提高。因此，開關(guān)電源的應(yīng)用趨勢(shì)應(yīng)以提升開關(guān)元器件的開關(guān)頻率為主，這樣才能夠有效的保證開關(guān)電源的頻率，達(dá)到節(jié)能減排的目的。考慮到提升開關(guān)電源的開關(guān)速度會(huì)對(duì)電路中分布電感和電容產(chǎn)生干擾，致使二極管存儲(chǔ)電荷存在浪涌情況。為例對(duì)存儲(chǔ)電荷的浪涌情況進(jìn)行控制，可根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的應(yīng)對(duì)方法。一般來說，可采用L-C緩沖器、磁緩沖器等輔助元器件控制浪涌。針對(duì)高頻開關(guān)電源而言，可采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)對(duì)存儲(chǔ)電荷涌浪情況進(jìn)行控制。諧振式開關(guān)電源能夠降低開關(guān)啟動(dòng)過程中的能源損耗，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)在高頻開關(guān)電源應(yīng)用中仍存在諸多難以攻克的技術(shù)難題?，F(xiàn)階段，國際上針對(duì)開關(guān)電源的運(yùn)行電流耗電情況，已經(jīng)展開了相關(guān)研究，有學(xué)者通過降低開關(guān)電源運(yùn)行電流的方式，輔助降低結(jié)溫措施，控制開關(guān)電源中器件應(yīng)力，從而保證開關(guān)電源產(chǎn)品的可靠性，能夠解決開關(guān)電源存儲(chǔ)電荷的涌浪以及噪聲等問題，具有一定的實(shí)用性。當(dāng)前，開關(guān)電源模塊化發(fā)展推進(jìn)了電力電子技術(shù)在開關(guān)電源中的應(yīng)用成效。通過設(shè)置開關(guān)電源中的模塊化電源組，能夠?qū)㈤_關(guān)電源系統(tǒng)進(jìn)行分布控制。為了能夠降低模塊化開關(guān)電源的開關(guān)功率，可在模塊化開關(guān)電源設(shè)計(jì)過程中加入濾波器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)開關(guān)電源存儲(chǔ)電荷的涌浪的有效控制，從而提高模塊化開關(guān)電源的實(shí)用性。電力電子技術(shù)在開關(guān)電源中的應(yīng)用使得開關(guān)電源性能更加穩(wěn)定。

4結(jié)語

開關(guān)電源中電力電子技術(shù)的應(yīng)用能夠提升開關(guān)電源的運(yùn)行效率，使得開關(guān)電源更加智能化、高效化、節(jié)能化。隨著科技的進(jìn)步，電力電子技術(shù)的應(yīng)用范圍將會(huì)不斷擴(kuò)大，應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)不斷深入。高頻開關(guān)電源的研發(fā)不僅標(biāo)志著我國電力電子器件技術(shù)上的突破，更標(biāo)志著我國在探索開關(guān)電源領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)走向成熟。未來，高頻化、智能化的開關(guān)電源將成為電力電子技術(shù)在開關(guān)電源中的主要發(fā)展方向，電力電子技術(shù)將會(huì)在開關(guān)電源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)性的突破。

參考文獻(xiàn)

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[3]劉繼芝.高壓電源管理芯片中低壓電路用電源的研究[D].四川：電子科技大學(xué),2009.

作者：張春霞 單位：武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程學(xué)院