电源技术的应用研究与发展趋势

贾高松

摘 要：在整个电路设计中，电压设计至关重要，是核心性的内容，关乎电路的可靠性与稳定性。本文全面分析了电源技术的发展进程，对线性电源和开关电源进行了原理性的分析，探讨了二者之间的不同，对发展趋势进行了展望，明确了绿色电源的发展潜力。

关键词：电源技术；应用；发展趋势

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.071

1 全面介绍电源技术的发展历程

对于电源而言，类型较多，在形状和尺寸方面都存在诸多差异。根据不同的电源电路工作实际，主要是由线性电源和新型开关电源构成。线性电源发展时间久远，尤其是在集成电路和计算机面世之前，是主流电源类型。线性电源的组成为变压器、二极管以及滤波电容器。线性电源的效率不高，发热明显。线性电源经济性突出，便于制作维修，应用广泛。对于开关电源，主要应用在电子产品行列。

其复杂性十分突出，但是，在供电方面优势明显，满足较大电流的需要同时，能够适应多路电压的环境，其所提供的电流明显大于线性电源。同时，鉴于行业竞争的激烈，开关电源能够以低价方式获取。开关电源效率较高，工作時的温度较低，重量较轻。但是，会产生一定的噪音，因此，在设计的时候，要实现电源主体与设备的隔离。开关电源的不足之处是部件较多，维修难度较大，同时，需要加载电源，以实现电源的产生和输出。

2 全面进行线性和开关电源的对比

2.1 对线性电源的介绍

线性稳压电源应用较早。在整个线性电源中，其主要构成为变压器、滤波器、控制电路以及保护电路。在发生作用的过程中，在变压器作用下，线性电源线将交流市电进行变压，发挥滤波器的作用，获取不稳定的支流电压，在反馈的功能下调整输出电压，形成高精度的支流电压。这种技术具有较高的成熟性，稳定性突出，不会产生较大的波纹，同时，避免干扰和噪音的出现。但是，变压器、滤波电容以及重量都较大，电源反馈电路会促使调整管产生电压降，在遇到较大电流的时候，调整管会出现较大程度的功耗，影响转化效率，需要散热片给予支出，因此，与计算机设备不相适应。

2.2 对开关电源的介绍

开关电源的主要构成为输入电路、变换器、控制电路以及输出电路。在进行工作的时候，先将低频市电转化为高压直流电，添加至变压器初级，发挥控制开关的作用，促使高压直流信号转变为高频高压方波信号。在高频变压器的支持下，实现方波信号向高频低压交流信号的转化。最后，在滤波器的应用下，实现高频低压交流信号向低压直流信号的转化，整流为单相半波整流，信号保留在高频低于信号上端位置，信号本质是正向电压。对于直流输出值，其决定因素为半波整流后正向电压的宽度，与开关管的开通时间有着直接的关联，实现PWM调制的需求。当直流电压反馈到PWM电路之后，促使输出的稳定性增强，在耦合器的应用下，达到前后级的隔离。

2.3 对线性电源与开关电源的比较

对于线性与开关电压的差异，主要因素是电路中晶体管的工作状态。线性电源如果处于工作放大状态，晶体管能够进行有效的反馈和调节。但是，如果工作状态为开关，那么晶体管就会产生高频信号，此时为开关电源的特征。在线性电源的功率件的工作状态为线性，效率不高，需要借助降压装置实现电压的转化，再发挥整流的作用，实现直流电压的输出。这在根本上增大了其体积，发热量较大，噪声突出，但是，比较适合于模拟电路，主要得益于其较小的纹波，调整了较好。

这种电源在实验室、充电设备中应用较多。而开关电源功率器件工作在开关状态，损耗不高，效率较强，但是，对变压器的要求却很高，需要借助高磁导率材料制作而成，体积较小，效率得到提升。

3 对电源未来发展趋势的分析

3.1 重视电源模块功率密度的提升

在当前电源发展中，电源模块转换器的发展面临挑战，要在效率和功率密度方面进行研究，另外，促使其具备低输出电源和高输出电流。另外，负载预偏压。要具备较快的瞬态相应。

3.2 切实提升电源转换效率

鉴于电源系统的前端位置，AC-DC转换器的效率和节能性需要更加突出。主要的影响因素有磁芯损耗、电磁干扰等。这就涉及到材料自身改进，同时，与设计也关系密切。因此，要使用具有较低损耗的器件，改完电源性能，有效发挥谐振转化技术的作用。

3.3 重视器件体积的缩小

目前，新型电源控制集成电路发展迅速，其尺寸缩小，引脚间距缩短，功能增加。采用了全新的控制方法和技术，添加高压起动源。同时，同步整流技术促进效率的提升。发展了功率半导体复合器，主要特征是高频、高压和大电流。

最新的CoolMOS系统，应用了MOSFET封装技术，采用了表面贴装的ThinPAK后，能够达到600V的电压。在应用表面贴装MOS管的时候，可以在PCB板上进行打孔，有效实现散热的作用。

3.4 注重减少电源热量的散发

对于线路损耗的降低，电源本身能耗影响较大，能够实现供电质量的改善。电源能耗主要产生于电源和环境控制单元两个部分，因此，需要立足这两个方面进行解决。在信息技术的支持下，电源产品在数字化方面的优势更加突出，借助数字化，有效降低了电源高频谐波产生的干扰，避免非线性失真，实现数字化控制，尤其是可视化图形的开发，更加方便技术人员操作使用。诸多电源技术能够支持多种拓扑结构，拥有图形化操作、完善监控和管理等功能，备受关注。另外，电源的可靠性也备受关注。因此，要重视方案的选择，应用优质的器件，提升电源检测技术，强化测试仪器设备的性能，以示波器为核心构建测试系统，实现电源设计可靠性的增强。同时，要重视对缺陷的分析，提升设计效率，保证电源产品的一致性。

参考文献：

[1]姜新嘉.浅析机电一体化技术的应用及发展趋势[J].电子制作，2013（08）：231.

[2]高艳青.现代电力电子及电源技术的发展趋势[J].电脑与电信，2007（01）：33-36.