電力電子技術在開關電源中的應用

吳迪

【摘 要】現如今，各領域不斷的發展，電源技術被人們廣泛的應用，正是憑借該項技術的發展，人們的日常生活與生產發生了重大變化。開關電源憑借自身突出的技術優勢，在電子設備、通信設備以及檢測設備等領域有著極高的應用價值，并在進行不斷完善與發展。毋庸置疑，開關電源技術的普及與電子電力技術的發展有著十分密切的聯系，人們在承認其應用價值的同時要充分認識到開關電源在應用實踐中存在的一些缺陷。基于此，人們有必要圍繞電力電子技術與電源技術的融合與發展進行探討、研究，分析開關電源存在的問題并提出有效策略，將電力電子技術融入其中，提高開關電源的技術水平，克服技術難題，以此推動電力電子技術及開關電源技術的進步與發展。

【關鍵詞】電力電子技術；開關電源；應用

引言

我國電力電子技術中廣泛引進信息電子技術以及半導體技術，這使得電力電子技術朝著高頻方向發展。電力電子技術主要包括變流電路、電子器件、控制電路。開關電源主要借助電力電子技術，實現對半導體器件開通和關斷的控制，保證電壓輸出穩定。開關電源相較傳統的線性穩壓電源占地較小且應用效率高，因此廣泛應用于各類電子產品中。但與此同時，開關電源在實際應用過程中受到電磁干擾的影響，而且電路分布復雜，受到射頻干擾程度較大。開關電源中的整機電路由控制電路以及主電路進行控制，其中，整機電路主電路復雜電網能量的轉換和傳遞，包括輸出整流濾波、輸入整流濾波以及功率轉換。

1現代電源技術

在電力電子技術不斷發展的背景下，開關電源技術逐漸趨于成熟，其發展方向主要體現在以下幾個方面。第一，技術模塊化、智能化。模塊化電源技術一方面指功率器件，另一方面指電源單元。在新型技術的支持下，電源對不同模塊進行集成化處理，如此開關電源占用空間就會變小，器件更加穩定，系統的可靠性得到提升。輸出穩壓電路模塊化發展提高了電源使用的靈活性與便捷性。第二，數字化與多元化是開關電源技術的發展趨勢。正如上文所述，電子技術具有很強的綜合性，涉及了諸多學科領域，其中電源技術主要包括功率轉換、數字化控制、高頻變換等技術內容。為進一步提高技術創新性，電源技術的發展必然要充分結合行業發展動態，不斷更新自身知識技能，從而實現多元化與數字化發展。

2電力電子技術

2.1電力電子技術在高頻開關電源中的應用

電力電子技術在高頻開關電源中的應用十分廣泛。高頻開關電源支持大功率晶體管運行，并能夠有效提升整流器功率容量。隨著人們對于集成電路所展開的深入研發，促進了高頻開關電源在電氣工程領域的應用，也使得開關電源朝著模塊化、微小化和高效化的方向發展。計算機技術以及通信技術的應用，使得高頻開關電源設備更具穩定性。借助UPS經過整流器能夠實現電流的直流輸出，將交流電轉換為兩部分。開關電源中的一部分電流傳送至轉換開關、逆變器等元器，實現設備的正常工作，另一部分則流入電池，為電池進行充電。不間斷電源借助大功率IGBT，能夠有效降低噪聲強度，并在一定程度上保提高了高頻開關電源的系統穩定性。高頻變頻器主要應用于開關電源的電氣傳動系統中，能夠實現對電機變頻速度的調控。高頻變頻器電源經過高頻變換器、大功率晶體管，實現電壓轉換，改變電壓的頻率、功率，具有節能減排的作用。借助現代高新技術，能夠將開關電源中強電和弱電進行結合，能夠有效降低開關電源研發的成本，具有節能減排、經濟高效的應用優勢。

2.2技術優勢

采用電力電子技術中的軟開關技術能夠有效降低開關電源的故障發生率。借助IGBT功率器件對開關電源中PWM進行控制，從而解決大功率電源逆變主電路結構的能源消耗問題，降低開關電源的能耗。應用諧振原理解決傳統開關電源的浪涌電流問題，并有助于減緩電壓尖峰，降低系統故障發生概率。諧振電路在進行開啟和關閉時能夠對高頻變壓器中的電容、電感進行吸收，降低開關電源的能耗，同時能夠為晶體管等元件進行減壓。相比于傳統電路開關啟動造成的巨大能耗損失，采用電力電子技術能夠有效保證開關電源運行的穩定性，提高開關電源的利用率。此外，電力電子技術中的同步整流技術能夠有效提高開關電源的運行效率。同步整流技術將整流開關二極管部位的金屬絕緣體的二分之一進行反接，使同步電流通過零電壓/電流開關，實現對同步整流的初始脈沖信號驅動，以這種方式實現零電壓開關。通常情況下，同步整流技術適用于一些電壓較低、電流較大的開關電源中。電力電子技術中的控制技術能夠實現對多路電流/電壓的控制。在控制技術實施過程中，主電路的設計需符合開關變換器結構要求，并具備離散非線性的特點。控制技術具有其動態性，能夠利用時間周期的變化對開關電源進行控制。在開關電源控制技術中應用到的算法包括：基因算法、模糊算法、神經網絡控制算法等等。這些算法的應用可以保證計算機的運行速度有所提升，并且使開關電源運行更加智能，實現開關電源的高效化、數字化、模塊化。

2.3現代電力電子技術的發展趨勢

在知識經濟時代背景下，技術創新成為社會各領域的焦點話題，政府與企業的創新意識不斷強化。作為一項新興技術，電力電子技術集多門學科于一體，在工業領域中具有重大應用價值。基于此，未來建設電力電子技術的創新機制具有重要意義，是優化產業結構、推動產業發展的有效途徑。20世紀90年代，電力電子器件的發展趨于高頻化、標準化、模塊化以及智能化。根據電力電子技術發展現狀可知，高頻化與智能化已經成為電力電子技術的主流趨勢，在此背景下，機電設備的響應速度與工作效率必然得到全面提升。

3電力電子技術的發展歷程

第一，整流器時代。在大功率背景下，工業用電主要源自于工頻為50Hz的交流發電機，但其中有一部分電能屬于直流形式，所占比重約為1/5，最典型的領域為電解、牽引以及直流傳動等。在這一階段，大功率硅整流管與晶閘管的應用逐漸普及。第二，逆變器時代。這一階段為20世紀70年代，在微機得到普及的背景下，電力電子裝置的智能化水平有所提升。在電力電子電路不斷完善的背景下，工業領域開始涌現由晶閘管組成的不同種類的電力電子裝置。這一階段，電力電子器件主要為大功率逆變用的晶閘管、門極可關斷晶閘管以及巨型功率晶體管。逆變器時代，整流與逆變問題已得到解決，電力電子技術應用實踐中，主要問題在于工頻難以提升，大部分依然處于中低頻水平。第三，變頻器時代。20世紀80年代，大規模與超大規模集成電路技術研究取得了重大突破，這對電力電子技術的發展有著里程碑意義。基于集成電路技術的發展，憑借精細加工技術和高壓大電流技術，全控型功率器件得以形成。在新型器件不斷發展的背景下，交流電機的性能得到優化；同時，高頻化成為電力電子技術的主要發展方向。在此背景下，電力設備的節能性得到極大提升，并且趨向于小型輕量化發展。就技術層面而言，機電一體化與智能化對電力電子技術的發展發揮了重要作用。

結語

總而言之，電力電子技術在開關電源中具有很高的應用價值。未來電源技術的發展進程中，人們應致力于研究電力電子技術與電源技術的融合問題，提高開關電源的技術水平，促使其在實踐中充分發揮應有的作用與功能，為推動相關領域發展提供有力支持。

參考文獻：

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[2]張耕華.探究我國現代電力電子以及電源技術的發展[J].電子技術與軟件工程，2017（24）：246.

（作者單位：格力電器股份有限公司）