大功率高頻開關電源節能技術的運用與研究

常寶平

（兗州煤業榆林能化有限公司，陜西 榆林 719000）

0 引 言

電源是設備運行過程中的重要支撐部件，對安全性和穩定性的要求較高。雖然傳統可控硅整流開關電源能滿足設備運行需求，但是其資源耗費嚴重，還會造成環境污染。在此背景下，大功率高頻開關電源節能技術逐漸受到人們的關注。通過節能技術的運用，不僅可以提升電源使用效率，還有助于從源頭上減少能源損耗，為企業的長遠建設創造條件。

1 開關電源技術發展研究

隨著人們對電力資源的需求逐漸增加，電源運行壓力不斷提升。大功率高頻開關電源作為新時代電源優化的重要形式，為各行業生產優化提供了技術支持，越來越多的企業開始借助電源升級降低成本，提高運行效率。高頻開關電源是設備運行的基礎，目前此類電源在使用過程中極易產生嚴重的能源損失，為此相關人員只有借助科學管控和模塊升級的方式完成智能化管理，才能在提高設備使用效率的基礎上，降低企業設備運行成本。

當前我國科學技術發展迅速，人們的生活水平進一步提升，在電源運用方面開始關注節能環保效果。在此背景下，部分企業會借助新興技術及時完成電源生產升級優化，以此滿足設備運行需求，但整體效果并不明顯。相關人員提出通過運用大功率高頻開關電源節能技術強化電源智能化、高頻化水平，減少能源損失，為相關產業發展提供技術支持。

與傳統的可控硅整流電源相比，大功率高頻開關電源的輸出電壓僅在直流5.1 ～7.2 V 左右，而輸出電流可以達到50 ～55 kA。此外，傳統可控硅整流電源使用效率不高，功率因數僅能達到0.7 ～0.85，會帶來資源浪費，加大設備運行成本。尤其是在負載電壓較小的環境下，功率會進一步降低。通過大功率高頻開關電源的使用，可有效解決以上問題。目前，此類電源生產和相關技術研究已經成為開關電源發展的重要趨勢[1]。

2 大功率高頻開關電源分析

2.1 電路原理

交流輸電電壓通過整流電路后會進一步提升，經過設備完成逆變操作，將其轉變為18 kHz 的能量形式，并將其更改為次級，通過濾波器完成濾波操作，最終得到可以達到標準的輸出電壓。該過程中，將信息轉化為脈寬調制（Pulse Width Modulation，PWM）信號形式，以此實現電路管控，確保電路運行的安全與穩定。大功率高頻開關電源電路設計原理如圖1所示。

圖1 大功率高頻開關電源電路設計原理

從電路設計規劃來看，主電路前端應用了三相橋式的二極管整流電路模式，關鍵區域則使用PWM 管控技術，可有效降低整流電路運行過程中的能量損耗[2]。

2.2 整機原理

銅箔工藝在數據參數方面規定直流電源應為50 kA/7 V，能結合實際需求完成電流實時調節，進而確保其電流的穩定性與安全性，滿足常年運行的現實需求。整機設計過程中，采用“N+2”并聯形式完成電力獲取。此外通過應用備用單元，一旦運行中出現異常，系統就會自動切斷故障，并將電流分配給其他單元，確保總輸出符合標準。同時，前期設計中使用新型模塊結構作為主規劃模型，在維修時可實現區域局部維修更換的目的，減少對周圍零件的影響。在此基礎上，技術人員可以直接通過使用自動均流管控技術強化開關電源的運行效果。與傳統的技術相比，自動均流控制技術的應用，使設備運行效率進一步提升，這也是我國現階段大功率高頻開關電源使用均流控制技術的主要原因[3]。

為有效解決單元并聯過程中的均流問題，還能使用可變電源虛擬的形式進行電壓反饋，高效完成輸出管控工作，有效提升設備的多場景適應能力。在多個單元并聯的過程中，可變電源的內阻配置相一致，因此可借助閉環管控的手段展開均流控制，保障整機的穩定性。除此之外，混合冷卻方式也是提高系統運行效率的重要手段。在此基礎上，部分企業會使用純水冷卻等手段排出單元機箱內的熱量，確保系統運行的穩定性。

2.3 控制系統

從控制系統運用的角度來看，大功率高頻開關電源主要使用RS485 進行單元管控，通過技術形式實現數字化信息傳輸，可以實現1.2 km 以上的長距離信息通信。目前，多數企業會使用西門子可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）搭建控制系統，其中主機與操作面板均采用西門子監控系統，可完成電流管控并顯示故障信息與參數信息，為工作人員監管系統提供數據支持[4]。

3 大功率高頻開關電源節能技術運用分析

對于開關電源而言，其工作原理是將電源經整流和濾波轉化為高壓直流電，并在開關電路與高頻開關變壓器裝置的作用下，將其轉化為高頻率的低壓脈沖，最終將其輸出為低壓直流電。在輸出過程中，設置一條電路對控制電路進行反饋，促使整個電壓的輸出達到相應的穩定性。對于高頻開關電源系統而言，其工作效率范圍最高可以達到80%，最低為40%。同時，研究期間，電源效率會受到負載率的影響，電路負載率越大，電源效率越大。通常來看，采購用于制作開關電源的相關元件時，通常會考慮擴容因素。開關電源的容量通常大于當前通信設備的實際負載，若沒有對冗余模塊進行智能控制，必然會造成電源工作效率的降低。在大部分情況下，基站開關電源是在浮充狀態下進行工作的，系統的整體輸出量占總量1/3，其中模塊要在40%以上負載率才能達到較高水平的轉換狀態。

為提高大功率高頻開關電源的節能效果，優化節能技術的運用，傳統開關電源通常會采用移項控制的整流方式，但存在諧波大、損耗嚴重的情況。根據已有數據，傳統可控硅電源和高頻開關電源的功率差約為45 kW，效率差異約為17.2%。可控硅開關電源在損耗方面更加明顯，尤其是無功損耗較為嚴重。而借助PWM 高頻開關電源完成整流操作，則可以減少無用功的能量損耗，幫助企業降低成本。與此同時，高頻開關電源在使用的過程中零件損耗較小。此外，其備用系統設計的方式，可在不停機的環境下實現局部維修，既達到保障安全生產的目的，又可以確保企業產量。在冗余系統設計背景下，大功率高頻開關電源不僅可以保證設備高效運行，減少故障的產生，還能減少無功損耗，提高成品率[5]。

通過使用大功率高頻開關電源節能技術，可以在一定程度上減少對資源、能源的消耗，可為企業降低成本，增強經濟效益、社會效益以及環保效益，是提高企業核心競爭力的有效方式之一。同時，此類節能技術對于原有技術而言具有一定的創新性，相較于傳統電源，高頻開關電源具有較大的應用優勢，其結構上的升級可增強電源在不同場景的適應性，并在結構方面呈現更明顯的穩定性，為后續使用打下穩定的環境基礎，降低風險性，促使整個應用流程更加安全和節能。傳統方式會產生大量的能源消耗，對于周邊環境的影響也無法進行處理，現階段，部分電廠在日常經營過程中運用高頻開關電源，能夠減少能源損失，降低對周圍環境的影響。在新型開關技術應用背景下，不僅滿足可持續發展理念，還能完成電源整流處理，實現技術理念與實踐的進一步創新目標。在新技術的推動下，電廠對于自身發展需求會產生了解，并逐步增強對節能新技術的重視，通過這種方式可以顯著增強企業的核心競爭力，并為行業帶來更多的參考價值，實現行業內部良性競爭，提高電廠的綜合競爭能力。在大功率高頻開關電源內部配置整流變壓器，可調整交流電源的電壓，使其在整流的基礎上完成電力輸送。在改造的背景下，能有效降低成本，塑造企業綠色環保形象。

在通信機房中運用大功率高平開關電源，可在提升電源性能和使用穩定性的基礎上，降低外在環境對通信機房內部設備運行的干擾。大功率高頻開關電源中的熱插拔功能可實現電源保護，確保通信接口連接過程中，系統能夠達到運行要求[6]。

4 結 論

圍繞大功率高頻開關電源節能技術的運用開展系統化研究，能夠解決我國電力能源短缺、資源浪費的問題。在節能技術運用背景下，大功率高頻開關電源的能源運行效率有較大提高，有效降低了企業設備運行成本，可幫助相關產業增強核心競爭力。在后續工作中，企業需加大對此類電源運用的重視程度，以此為可持續建設目標的達成提供支持。