開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用及發(fā)展

【摘 要】開(kāi)關(guān)電源是現(xiàn)代電力電子設(shè)備中不可缺少的組成部分，因此得到了廣泛的關(guān)注。本文介紹了開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展現(xiàn)狀，并指出其發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】開(kāi)關(guān)電源 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)

前言

電源是對(duì)公用電網(wǎng)或某種電能進(jìn)行交換和控制，并向各種用電負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備和動(dòng)力裝置。因此，電源的應(yīng)用十分廣泛，已深入到每個(gè)人的生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。

直流電源應(yīng)用很廣泛，尤其在軍事、醫(yī)療和煤礦等領(lǐng)域應(yīng)用更為頻繁。傳統(tǒng)的直流電源往往采用線性電源技術(shù)，但是這種結(jié)構(gòu)形式造成電源整體效率偏低，性能一般，體積較大，重量沉。因此，直流電源傾向于采用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，使得直流電源變得效率高、性能更好、體積小、重量輕。據(jù)業(yè)內(nèi)咨詢機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，在2009年全球開(kāi)關(guān)電源的市場(chǎng)規(guī)模都已達(dá)到160億美元，并隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的快速發(fā)展和提高，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，在整個(gè)電源領(lǐng)域中開(kāi)關(guān)電源所占據(jù)的比重愈來(lái)愈大。

1. 開(kāi)關(guān)電源的現(xiàn)狀

開(kāi)關(guān)電源技術(shù)屬于電力電子技術(shù)，它運(yùn)用功率變換器進(jìn)行電能變換。經(jīng)過(guò)變換的電能，可以滿足各種用電需求。當(dāng)負(fù)載需要高要求的直流供電時(shí)，其供電電源采用開(kāi)關(guān)電源。

開(kāi)關(guān)電源具有功率轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)壓范圍寬、重量輕等特點(diǎn)。開(kāi)關(guān)電源由于采用大功率開(kāi)關(guān)管的高頻整流技術(shù)，不但可以方便地得到不同等級(jí)的電壓，更重要的是甩掉了體積大、笨重的工頻變壓器及濾波電感電容。在傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源中，由于功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，器件常在高電壓下開(kāi)通，在大電流下關(guān)斷時(shí)，也存在著一些問(wèn)題，如射頻干擾和電磁干擾大、開(kāi)關(guān)損耗大、輸出紋波大、器件的安全工作區(qū)窄、電路對(duì)分布系數(shù)比較敏感等缺點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是功率器件的更新?lián)Q代、功率變換技術(shù)的不斷改進(jìn)、新型電磁材料的不斷使用、控制方法的不斷進(jìn)步以及相關(guān)科學(xué)的不斷融合，開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)正逐步得到克服，射頻干擾和電磁干擾已經(jīng)被抑制在一個(gè)很低的水平上，輸出紋波可以達(dá)到幾毫伏以下。因此，開(kāi)關(guān)電源是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。

2. 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)

開(kāi)關(guān)電源的許多方面的運(yùn)用已經(jīng)趨于成熟，將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是高頻，高可靠性，高性能，低耗，低噪聲，模塊化。文獻(xiàn)介紹了功率的增加必然導(dǎo)致電源內(nèi)部電磁環(huán)境的復(fù)雜，由此所產(chǎn)生的各種電磁干擾對(duì)電源本身和附近的其他電子設(shè)備的正常工作帶來(lái)了嚴(yán)重的影響，即既是干擾源，又是被干擾者。電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，簡(jiǎn)寫EMC）設(shè)計(jì)的目的是使開(kāi)關(guān)電源在預(yù)期的電磁環(huán)境中實(shí)現(xiàn)電磁兼容。電磁兼容問(wèn)題已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已有EMC技術(shù)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)雖然在EMC方面工作起步較晚，有關(guān)部門也正頒布相關(guān)指令，跟上國(guó)際步伐。

開(kāi)關(guān)電源也對(duì)功率器件提出了更高的要求：耐壓高、電流大、導(dǎo)通電阻小，恢復(fù)速度快。由于金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）具有很快的開(kāi)關(guān)速度，因此開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率可以做得更高，重量更輕，功率密度更大，電源體積更小。提高器件耐壓，同時(shí)減小導(dǎo)通電阻仍是今后MOSFET的主要研究方向。開(kāi)關(guān)電源的性能指標(biāo)，如紋波、精度、久沖、過(guò)沖等受到功率鐵氧體材料技術(shù)及功率器件性能的限制，與電源發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大的差距，

開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。但是高頻化存在一些新的問(wèn)題有待解決，如開(kāi)關(guān)損耗、無(wú)源元件損耗增大、高頻寄生參數(shù)及高頻電磁干擾增大等。

綜上，開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展從來(lái)都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)。高頻化的實(shí)現(xiàn)，需要相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。發(fā)展功率MOSFET等新型高速器件，開(kāi)發(fā)高頻用的低損磁性材料，改進(jìn)磁元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法等，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展有著巨大的推動(dòng)作用。

3. 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，在電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新的背景下，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在理論方面將取得更大的突破，其產(chǎn)業(yè)方面也有著廣闊的發(fā)展前景，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也更將趨于可靠、成熟、經(jīng)濟(jì)、適用。

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