電力電子技術在開關電源中的應用研究

田淇元

摘 要 在生活中，任何的電子設備都離不開電源，可以說電源質量的好壞和性能決定了電子產品的穩定性以及運行狀態。一般來說，供電電源主要分為兩大類：線性電源和開關電源。線性電源的具有龐大的體積和重量，且傳輸的效率一般只能達到輸入功率的50%左右。這對于未來電源高效率、高功率密度的趨勢顯然是不符合要求的。如果想要減小電源的尺寸同時要求提高效率。這就體現出了開關電源的優越性：體積小、效率高、功率密度高等。而電力電子技術正是開關電源的技術支持，只有圍繞著電力電子技術的發展，開關電源才能在應用中得到更加全面的創新和突破。

關鍵詞 電力電子技術;開關電源;效率高

1背景介紹

近幾年來，隨著我國社會和經濟的快速發展，人們對電的使用量和依賴度越來越高，電能已然成為社會中最重要的能源之一，電能具有易于產生、傳輸方便、傳輸效率高、應用廣泛等優點。在電能的配送過程中，高效率在設計電能變換電路中通常是最重要的指標之一。隨著半導體行業的迅速發展，電力電子器件也得到了充分的全面發展。而電力電子技術就是在電力電子器件制造的基礎上發展起來的。在全世界范圍內，經電力系統產生電能后，再通過電力電子控制與變換后使用的電量占總用電量的比例已成為衡量一個國家用電水平的重要標準之一[1]。

2開關電源簡介

開關電源的基本組成單元如圖1所示，其中的DC/DC電路主要用以進行功率轉換，它是開關電源的核心部分，此外還有過壓保護、噪聲濾波，啟動、過流保護電路。輸出采樣電路（R1，R2>0）可以檢測輸出電壓變化，并與基準電壓Vref比較，誤差電壓經過誤差放大器電產生脈寬調制（PWM）電路，再經過驅動電路控制電力電子器件的占空比，從而達到調整輸出電壓大小的目的[2]。

圖1 開關電源的基本結構

3開關電源目前應用現狀

開關電源的出現是20世紀60年代電源歷史上的一次重大革命，隨著開關電源技術的不斷成熟，在各行各業都有其應用的范圍，包括汽車、筆記本、高鐵、軍事、航空航天、新能源開發等領域，幾乎所有需要電源的都可以找到開關電源的身影。盡管開關電源存在著一定的缺點，如電路設計較為復雜、抗電磁干擾能力不強等。但是隨著現代科技的不斷發展與進步，開關電源中的一些缺點正在逐漸被人們克服。目前，開關電源電路主要分為主電路和控制回路，主電路主要涉及整流濾波輸入、功率轉換以及整流濾波輸出等三個環節。控制回路主要包括驅動電路、保護電路、檢測電路等[3]。

3.1 軟開關PWM技術

在現代電力電子電路中，脈寬調制（PWM）技術已經獲得了廣泛的應用。但在早期的DC-DC開關電源中，PWM技術是一種硬開關技術，因功率開關器件本身存在寄生電容，在快速的開通和關斷過程中，電壓和電流的波形會存在重疊的現象，因此產生開關損耗。而且如果采用硬開關PWM的技術，開關損耗會隨著頻率的增加而增加，這就限制了變換器的高頻化。

軟開關技術實在開關電源高頻化的背景下產生的，以PWM和諧振（LLC）技術為理論基礎，將二者的優點進行結合。本質上是通過儲能元件電感L和電容C的諧振，使開關管兩端的電壓按正弦或準正弦的規律變化，當電壓電流諧振到零再繼續導通和關斷，使開關的導通和關斷損耗在理論上為零[4]。

3.2 同步整流技術

同步整流技術是提高開關電源效率的一種手段。一般認為開關電源的損耗主要由功率管的開關損耗，變壓器損耗和輸出整流管損耗三部分構成。尤其當輸出電壓較低，輸出電流較大時。輸出整流管的損耗就特別明顯了。同步整流技術通過反接電力MOSFET替換掉整流二極管。因MOSFET具有極低的通態內阻，可以減小輸出整流損耗，進而可以大大提高效率。

與二極管整流相比，同步整流技術具有以下優點：正向壓降小、斷流能力強等。這種方法不但可以提高效率，也可以得到更好的軟開關性能。同步整流在低輸出電壓的小功率轉換器中已經獲得了普遍的應用[5]。

參考文獻

[1] 孔謀夫.新型半橋功率集成電路的研究[D].北京：電子科技大學，2013.

[2] 李潤楊.電力電子技術在開關電源中的應用探析[J].通信電源技術，2019，36（2）：113-114.

[3] 丁皓天.中國電力電子與電力傳動應用及發展分析[J].科技與創新，2019（22）：150-151.

[4] 王梓楠.電力電子技術在開關電源中的應用分析[J].電子世界，2019（14）：201-202.

[5] 顧德峰.電力電子技術在開關電源中的應用[J].電子技術與軟件工程，2019（20）：227-228.