电力电子技术在开关电源中的应用

文/顾德峰

电力电子中的能源要经过电力电子设备的转换，才能为使用者提供服务。《电力电子技术》是新时期下一门特殊的教学科目，要求学生掌握一定的电子电力知识，学会利用电力电子器件对电能进行控制和转换。电力电子转换主要包括“电力电子器件、变流电路和控制电路”三个部分，每一部分都非常重要，在开关电源中起到关键的作用。

1 电力电子技术的发展及其特点

电力电子技术经历了一个漫长的发展过程。最早应该追溯到第一个晶闸管（FGH）的诞生。“晶闸管”是美国一家通用电气公司的问世标志，为电力电子技术的发展开了先河，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。目前很多家用电源开关内部使用的都是FGH，是第一代半控型器件，不能自行关断，需要使用者根据需求进行操作。以FGH 为核心的变流电路在电子能源转换过程中扮演着重要的角色，主要功能是使交流变成直流，为用户提供全面的安全服务。

随着科学技术的不断进步，电力电子技术水平也呈现出不断发展的趋势。传统的FGH逐渐被“GTR、GTO”等新颖的电力转换器件所代替，从“传统电力电子技术”向“现代电力电子技术”转变。电力电子器件的研究和开发，也推动了当前电力行业的进步，使人们进入高频化和智能化的电力时代。“IGBT”的出现，更是实现了电网之间的非同期互联，解决了很多电源开关的不稳定问题，避免电路中出现短路和功损。

很多家居用品和用电器等，都需要配置相应的开关，才能为用户提供便利，有效的实现开关和电路互通。在电源开关系统中加入电力电子应用，是新时期的科技需求，也是每个家电设计工作者需要掌握的重点技术。影响电力传输的因素有很多，比如“电路的距离、电压的大小、传输电线的质量、电路设备的品牌”等，这些都会影响电流在线路中的传输速率。如果电路距离过长、电压强度不够、电路设备不够完善，就有可能降低电源开关的反应灵敏度，增加电路能量的消耗。此外，有的用户不注意用电安全，反复使用电源开关，就会导致短路电流，烧断保险丝等问题出现，甚至产生漏电的危险，对用户的人身安全产生威胁。所以新时期的电力工作者必须事先预想这些可能存在的安全隐患，做出有效的应对政策和解决措施，加大电力电子技术在电源开关中的应用。

传统的电力传输系统比较简单，不存在电容充电电流，电力的功率损耗也相对较小，这适合小家电的用户使用。很多大型的家用电器，比如“电冰箱、洗衣机、电视机、跑步机”等，就需要改变传统的电力传输系统，采用高压直流输电输送的方式，使电源系统拥有较快的调节速度，方便用户的操作，并且投入到市场当中使用。这些大功率的电子器件，电流的传输形式和传统的小电路不同，用户在使用时必须注意安全，建立有效的防范意识，逐渐改善高压直流输电设备的性能。

2 开关电源的种类和特点

随着科学技术的不断发展和运用，各种各样的电源开关出现在人们生活当中。根据电路类型和电流传输方式的不同，开关电源主要分为以下几类。

（1）传统输入和输出的类型。由于输入和输出方式的区别，可以将开关电源分为“DC/DC和AC/DC”两种变换器。“DC/DC”模式更注重电流的可靠性和安全性，而“AC/DC”注重的是电源开关的低耗和低噪声设计，给用户提供更提心的服务。根据两种电流传输形式不同，用户需要选择适合自己家庭的电源开关，发挥“DC/DC和AC/DC”两种变换器的价值和作用。

（2）可以通过驱动方式的不同，可以将开关电源分为“接触式和非接触式”两种。通过字面意思理解，“接触式”需要用户接触电源开关才能进行相关的操作，而“非接触式”则强调智能化和自动化，用户远程即可实现对电源开关的控制。“接触式”的开关比较传统，但是灵敏度极高，“非接触式”的开关虽然更加智能化，但助长了人们懒惰的思想。无论是哪种类型的电源开关，只要是用户需要的，都值得各大企业的充分研究和发展。

（3）根据控制方式的不同，还可以将开关电源分为“PWM、PFM、脉冲宽度调制”三种。每一种电源开关都有自己的价值和特点，用户可以根据自己的需要自行选择。PWM是“脉冲宽度调制式”；PFM是“脉冲频率调制式”。只有把握电力电子能量传输的方式和方法，才能不断提高电源开关的使用性能，有效保证开关电源的使用效率，减少不必要的能量损耗。

3 电力电子技术在开关电源中的应用

在了解电源开关之后，需要对电力电子技术在开关电源中的应用进行分析。通常情况下，电源开关都是利用“R-C或是L-C”的缓冲器。这种缓冲器有利于降低开关电源的能量损耗，为用户解决“开关反应慢”等问题，追求开关电源的高频化。但这种缓冲器的使用，可能会导致开关噪声的增加，还存在多种实用化方面的问题。相关的技术人员可以引入“谐振转换电路技术”，为用户提供较高的服务保障，在实现高频化的同时降低噪音。

随着智能科技的持续进步，不间断电源（UPS）逐渐出现在大众的视野中。UPS是结合了计算机、通信系统等多种高科技、高性能的电源，能实现智能化的管理和控制系统，极大的提高了开关电源的使用效率。很多较大功率的“M0SFET、IGBT”等现代化电力电子器件，也可以作为不间断电源的应用模块，以便实现对 UPS的智能化管理，使电力电子系统趋于简单化和科技化。此外，开关电源中的主电路设计，也有特定的需求，不能胡乱搭配电器元件。电路中的电子设备，必须满足非线性的特点，才能实现对电路的多路控制，使控制系统更加的结构化和内容化。开关电源的使用频率，可以通过电路的时间周期来控制实现，必要时可以引入通过“模糊控制、微机控制、人工控制”等多种技术来实现，以便为用户提供有效的控制系统。

有的用户对家电的用电安全有较高的要求。比如“母婴室”、“儿童用电器”、“家用熨斗”等，使用者一般都是女性或小孩子，他们不懂得电力的传输流程，缺乏一定的安全意识。小孩子在使用这些大功率用电器时，容易发生危险，漏电和跳闸时不知道如何解决，甚至发生安全隐患。为了避免这些现象的发生，电力系统的设计者可以采用“柔性交流输电系统”，从本质上强化家用电器的防漏电功能，才能极大的保障用户的使用安全，为广大群众提供切实可行的电力服务。

科学技术和通讯技术的发展，使电力传输系统成为各行各业的重点研究项目，同时也为“FACIS”技术的发展创造了先行性的条件。我们可以运用电力电力科技，在电源开关中加入“IGBT、FACTS”等可关断器件原件，改变系统的结构，提升电源开关的灵敏程度。无论是电路传输系统一致还是相位相反的电流，都要做好详细的设计规划，才能有利于实现电路传输的可靠性，扩大开关电源结合电力电子的市场活动。新时代在不断向前发展，只有结合新时代的科学技术，才能提高开关电源的使用价值。电力企业要广招贤才，收贤纳士，让更多的专业技术人员参与电力行业的研究和开发过程。

总而言之，开关电源是现代电力电子技术最常见的应用。但是，开关电源在运行过程中也存在着电路复杂、电磁干扰等多种电路问题，严重时还会影响用户的使用体验。为了保证电力电子输出能量的可靠性，相关的技术人员一定要了解电力电子技术的发展及其特点，才能促进开关电源技术的发展进程，保证主电路正常工作，为人类的社会发展和生活动态提供各方面的支持。