電力電子技術在開關電源中的應用

邊松濤 任偉

摘要：開關電源在電子設備、通信設備以及檢測設備等領域有著極高的應用價值。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缺陷。基于此，有必要分析開關電源存在的問題，并提出有效策略，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

1高頻開關電源主要特點

第一，高頻技術可以不使用工頻變壓器，使質量和體積減少90%;第二，隨著可控硅導通角的變化使相變整流器的功率系數變化，負載較小時，系數較小，可以達到0.3，完全導通時可以使系數達到0.69以上;第三，開關電源噪聲只有45db左右，較工頻變壓器及濾波電感在相控整流設備中的噪聲降低30%;第四，減少開關瞬間消耗，而且由于整機的功率因數補償，可以使效率達到90%以上;第五，模塊式結構可以便于整個開關的設計和研發，降低成本。

2現代電力電子的發展現狀

從產品角度來說，電力電子裝置具體包括變頻器裝置、電能質量類產品、電子電源產品。例如SVC，其是使用晶閘管作為基本器件的固態開關，取代了電氣開關，在實際應用中，能夠實現電抗器以及電容器的快速反復控制。電力電子技術發展的整個流程，具體如下：整流器時代;逆變器時代;變頻器時代。現代電力電子技術，集成了精細加工技術以及高壓大電流技術，涌現了系列全控型功率器件，例如MOSFET以及IGBT等，逐漸取代傳統電力電子。

3電力電子技術在開關電源中的應用分析

20世紀末，電子與電氣設備中，開關電源的應用價值已經逐漸凸顯，并廣泛運用于電子檢測設備、控制設備以及通信設備等領域，這對開關電源技術的發展也起到了巨大的推動作用。不可否認，開關電源的缺點固然存在，例如開關電源的電路有待簡化，抗射頻與電磁干擾能力不強。在科技不斷發展的今天，人們開始重視并逐漸解決開關電源存在的一些問題與缺陷。目前，開關電源的征集電路主要分為兩種，即主電路與控制電路。其中，主電路涉及到整流濾波輸入、功率轉換以及整流濾波輸出等三個環節，主要功能是向負載傳遞電網電能;控制電路以保護電路運行為主。

3.1軟開關技術

IGBT功率器件控制的PWM電源可以克服傳統大功率電源逆變主電路結構的高耗能問題，是能耗降低30%～40%。軟開關技術采用諧振原理，克服傳統電路使用緩沖電路消除電壓尖峰和浪涌電流問題，從而使系統趨于簡單，降低故障發生的可能性。傳統電路在開關啟動和關閉的瞬間會產生極大的電流和電壓，瞬間產生的電壓無法有效利用，從而增加能耗。諧振電路可以吸收高頻變壓器中電感以及電容等，降低晶體管等元件的壓力，從而提高電源的利用率和穩定性。

3.2同步整流技術

同步整流技術是基于軟開關技術，提升開關電源效率的一種技術手段。同步整流技術通過反接的方式，處理整流開關二極管中的金屬絕緣體與半導體管，使電源適應低壓、大電流條件。同步電流通過零電壓開關和零電流開關，它們驅動同步整流的脈沖信號與初始的脈沖信號聯動，將其上升沿超過原來的上升沿，降低延遲以實現金屬氧化物半導體場效應晶體管和零電壓開關方式。

3.3控制技術

當設計主電路時，通常需要充分考慮開關變換器的結構，分析其離散非線性特點。基于此，多路控制在開關電源中具有很強的適用性。基于調整開關電源的電子運動與時間周期，可以使開關電源具有動態性。利用基因算法、BP算法、模糊控制、微機控制以及人工神經網絡技術，可以提高開關電源的智能化程度。除此之外，MEMS技術在開關電源中具有很高的應用價值，它可以提高微機運行的效率，促使微機或DSP在大功率開關的數字模塊中充分發揮作用，從而提升開關電源的數字化水平。

3.4功率半導體

MOSFET和IGBT半導體器件的研發，使開關電源的高效利用能源的能力又得到極大的飛躍，兩種晶體管的內部電阻都很小，驅動功率需求低，最重要的是能耗極其小。結合同步整流技術和控制技術，將高頻化開關電源的實現向前推進了極大的一步。

4發展趨勢分析

開關電源在運行過程中具備安全、高效、節能、可靠、低噪等顯著優勢，當前，常見的開關電源中采用雙極性晶體管，這種型號的開關電源在頻率控制上仍有待提高。因此，開關電源的應用趨勢應以提升開關元器件的開關頻率為主，這樣才能夠有效保證開關電源的頻率，達到節能減排的目的。考慮到提升開關電源的開關速度會對電路中分布電感和電容產生干擾，致使二極管存儲電荷存在浪涌情況，為了對存儲電荷的浪涌情況進行控制，可以根據實際情況，選擇不同的應對方法。一般可采用L-C緩沖器、磁緩沖器等輔助元器件控制浪涌。針對高頻開關電源而言，可采用部分諧振轉換電路技術，對存儲電荷涌浪情況進行控制。諧振式開關電源能夠降低開關啟動過程中的能源損耗，但是在實際應用中，部分諧振轉換電路技術在高頻開關電源應用中仍存在諸多技術難題。現階段，國際上針對開關電源的運行電流耗電情況，已展開了相關研究，有學者通過降低開關電源運行電流的方式，輔助降低結溫措施，控制開關電源中器件應力，從而保證開關電源產品的可靠性，能解決開關電源存儲電荷的涌浪以及噪聲等問題，具有一定的實用性。開關電源模塊化發展推進了電力電子技術在開關電源中的應用成效。通過設置開關電源中的模塊化電源組，能夠將開關電源系統進行分布控制。為了能夠降低模塊化開關電源的開關功率，可在模塊化開關電源設計過程中加入濾波器，能實現對開關電源存儲電荷的涌浪的有效控制，從而提高模塊化開關電源的實用性。電力電子技術在開關電源中的應用使得開關電源性能更加穩定。

5結語

總之，隨著科學技術的不斷進步，電力電子技術在開關電源中的應用會更加廣泛，高頻化、模塊化、智能化及節能化等必然成為其未來的應用方向。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。

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