高频开关电源发展与应用探析

贾国芳

【摘要】在所有的电子设备中，电源是非常重要的组成部分，尤其是随着科学技术的进步，对于电子电源的需求越来越高，逐渐向着高频化和节能的方向发展。此外，作为高效节能型电源，高频开关电管的节能问题越来越受到各界人士的关注，也逐渐成为稳压电源的重要产品。本文就针对目前我国高频开关电源发展和实际应用进行了多角度探索，希望对高频开关电源的有序健康发展有所帮助。

【关键词】高频开关电源;发展与;应用探析

随着国家综合实力的提升，各行业也实现了飞速发展。目前，在电力电子、电源系统应用方面，开关电源技术变得越来越重要，利用高频开关电源技术，能够有效降低大型电解电镀电源的重量和体积，使电源的利用效率得到有效提升，降低电力成本，也为实现节能化发展奠定了良好的基础。

一、开关电源技术的发展方向

（一）高频化

有相关实践和理论证明，将电源频率从工频50Hz提高到20kHz的时候，用电设备的体积重量会下降到设计工频时的5%-10%，比如电容、电感和变压器等，比较主要的材料能够节约90%以上，实现节电30%以上。传统的高频设备采用的主要是电子管，因为采用的节能材料和固态化材料，具有非常显著的经济效益。

（二）模块化

模块化指的就是功率器件的模块化，还有是针对电源单元的模块化。近些年，部分公司在功率模块中安装了驱动保护电路，实现了“用户专用”功率模块（ASPM）、“智能化”功率模块。在同一个模块中基本将所有的硬件通过芯片的方式组装到了一起。实现模块化设计，使传统的引线连接的弊端彻底消除，能够减少频率提高对各个器件造成的影响。并且，通过优化机械、热电的设计，使系统的可靠性和安全性大大提升。

（三）数字化

随着数字电路和数字化信号的发展，数字信号处理技术变得越来越完善，相比较模拟信号来说，有更大的应用优势。例如，能够有效减少杂散信号的干扰、防止模拟信号出现失真畸变、有效控制计算机处理质量、更加高效地自诊断、容错等。因此，在智能化高频开关电源中应用数字化技术非常重要。

（四）绿色化

电源系统实现绿色化发展，首先就是有明显的节电效果，其次就是不会对电网产生污染。目前，部分多功率电子节电设备会注入高次谐波电流，这对电网的污染有较大的影响。但应用新的电源电路控制技术和拓扑技术，能够实现功率开关工作的零电流和零电压状态，使开关电源的工作频率得到有效提高。

二、高频开关电源技术原理、结构及功能

（一）工作原理

高频电源能够得到530v的直流电压，并通过全桥逆变形成20 kHz左右的交变电流，通过高频变压器形成高频高压脉动直流，下图1为详细的原理图。电除尘器高频电源通过高频开关技术形成逆变式电源，控制方式更加多样、灵活，可以根据实际情况选择最为合适的电压波形，有效节约了电能，提高了供电效率。

（二）结构及功能

高频电源主要的组成部件有控制电路、高频高压变压器、全桥逆变器、低压配电系统、主机外壳等。通常情况下，低压配电系统设置在高频电源配电盘电气箱内，集成了加热各个单元供电、电源风机，如果设备在运行的时候出现故障，也可以自行停止供电，起到保护设备的作用。大功率高频高压变压器设计的方式是油浸式，也是高频电源最为重要的组成部分，主要作用是把逆变电路产生的高频交流电进行升压整流，从而形成高频高压脉动直流送电。控制电路主要的组成部分为二次电流电压采样电路、驱动电路、DSP控制电路、信号调理电路、电源电路等。在高频电源底部的风机中安装高频电源，确保大功率开关元件和变压器的温度始终保持在正常范围内。

三、高频开关电源的应用

现阶段，高频开关电源基本实现了各个领域的应用，并发挥了巨大的作用，比如在新能源行业、仪器仪表制造、电力系统、通信系统、航空航天、工业自动化控制等领域，都有非常深入的应用。首先，在通信行业的应用。高频开关电源在通信系统中的应用，一般在信号设备和信号基站提供充足的电能。在现代通信系统中应用的高频小型化开关电源，一般把整流器称为一次电源，直流一直流变换器称为二次电源。一次电源可以将三相交流电网转变为标称值为48V的直流电源，实现了小型化和高效率。通信设备性能的进步，使时钟频率有了很大提高，集成电路也变得越来越复杂，需要的电源电压要求也大不相同。因此，在通信系统中应用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块，转变成需要的直流电压，能够有效降低产生的损耗，而且安装便捷、易于维护。其次，高频开关电源在工业自动化控制领域的应用。高频开关电源能为自动化设备提供充足的动力电能，确保系统的有序正常运行。再次，在航空航天的领域。应用高频开关电源能够在发射前整箭系统及载荷的热调试中起到非常重要的作用。第四，在表面处理行业的应用。高频开关电源能够实现离子交换，可以对装饰性表面处理和保护性表面处理提供电场。第五，在新能源行业的应用。随着近些年新能源行业的快速发展，高频开关电源可以在充电桩和充电机中应用，实现高效的电能转换。

随着高频开关电源应用范围的扩大，应用要求也有了很大提升，未来的高频开关电行业行业必然向着智能化、超高频化、轻量化和小型化的方向发展。其中，对于设备仪器行业来说，主要的发展方向是小型化。而智能化也未来智能制造的必然要求，也是未来发展的重中之重。

四、结束语

总而言之，近年來虽然国家的综合实力有了很大提升，在国际上的地位也越来越高，但由于发展时间较短，很多技术、理念还需要努力优化完善，将可持续发展理念贯彻落实下去。要加强重视高频开关电源技术的重要价值，合理应用该技术，在降低生产成本的基础上，提高节能效益。目前，在电力、电加工、电解和电镀方面应用的高频开关电源技术的范围越来越广泛，希望在后期能够将高频开关电源的作用充分发挥出来，在各个领域体现出最大价值。

【参考文献】

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