电力电子技术在开关电源中的应用

边松涛 任伟

摘要：开关电源在电子设备、通信设备以及检测设备等领域有着极高的应用价值。開关电源技术的普及与电子电力技术的发展有着十分密切的联系，人们在承认其应用价值的同时，要充分认识到开关电源在应用实践中存在的缺陷。基于此，有必要分析开关电源存在的问题，并提出有效策略，以此推动电力电子技术及开关电源技术的进步与发展。

关键词：电力电子技术;开关电源;应用

1高频开关电源主要特点

第一，高频技术可以不使用工频变压器，使质量和体积减少90%;第二，随着可控硅导通角的变化使相变整流器的功率系数变化，负载较小时，系数较小，可以达到0.3，完全导通时可以使系数达到0.69以上;第三，开关电源噪声只有45db左右，较工频变压器及滤波电感在相控整流设备中的噪声降低30%;第四，减少开关瞬间消耗，而且由于整机的功率因数补偿，可以使效率达到90%以上;第五，模块式结构可以便于整个开关的设计和研发，降低成本。

2现代电力电子的发展现状

从产品角度来说，电力电子装置具体包括变频器装置、电能质量类产品、电子电源产品。例如SVC，其是使用晶闸管作为基本器件的固态开关，取代了电气开关，在实际应用中，能够实现电抗器以及电容器的快速反复控制。电力电子技术发展的整个流程，具体如下：整流器时代;逆变器时代;变频器时代。现代电力电子技术，集成了精细加工技术以及高压大电流技术，涌现了系列全控型功率器件，例如MOSFET以及IGBT等，逐渐取代传统电力电子。

3电力电子技术在开关电源中的应用分析

20世纪末，电子与电气设备中，开关电源的应用价值已经逐渐凸显，并广泛运用于电子检测设备、控制设备以及通信设备等领域，这对开关电源技术的发展也起到了巨大的推动作用。不可否认，开关电源的缺点固然存在，例如开关电源的电路有待简化，抗射频与电磁干扰能力不强。在科技不断发展的今天，人们开始重视并逐渐解决开关电源存在的一些问题与缺陷。目前，开关电源的征集电路主要分为两种，即主电路与控制电路。其中，主电路涉及到整流滤波输入、功率转换以及整流滤波输出等三个环节，主要功能是向负载传递电网电能;控制电路以保护电路运行为主。

3.1软开关技术

IGBT功率器件控制的PWM电源可以克服传统大功率电源逆变主电路结构的高耗能问题，是能耗降低30%～40%。软开关技术采用谐振原理，克服传统电路使用缓冲电路消除电压尖峰和浪涌电流问题，从而使系统趋于简单，降低故障发生的可能性。传统电路在开关启动和关闭的瞬间会产生极大的电流和电压，瞬间产生的电压无法有效利用，从而增加能耗。谐振电路可以吸收高频变压器中电感以及电容等，降低晶体管等元件的压力，从而提高电源的利用率和稳定性。

3.2同步整流技术

同步整流技术是基于软开关技术，提升开关电源效率的一种技术手段。同步整流技术通过反接的方式，处理整流开关二极管中的金属绝缘体与半导体管，使电源适应低压、大电流条件。同步电流通过零电压开关和零电流开关，它们驱动同步整流的脉冲信号与初始的脉冲信号联动，将其上升沿超过原来的上升沿，降低延迟以实现金属氧化物半导体场效应晶体管和零电压开关方式。

3.3控制技术

当设计主电路时，通常需要充分考虑开关变换器的结构，分析其离散非线性特点。基于此，多路控制在开关电源中具有很强的适用性。基于调整开关电源的电子运动与时间周期，可以使开关电源具有动态性。利用基因算法、BP算法、模糊控制、微机控制以及人工神经网络技术，可以提高开关电源的智能化程度。除此之外，MEMS技术在开关电源中具有很高的应用价值，它可以提高微机运行的效率，促使微机或DSP在大功率开关的数字模块中充分发挥作用，从而提升开关电源的数字化水平。

3.4功率半导体

MOSFET和IGBT半导体器件的研发，使开关电源的高效利用能源的能力又得到极大的飞跃，两种晶体管的内部电阻都很小，驱动功率需求低，最重要的是能耗极其小。结合同步整流技术和控制技术，将高频化开关电源的实现向前推进了极大的一步。

4发展趋势分析

开关电源在运行过程中具备安全、高效、节能、可靠、低噪等显著优势，当前，常见的开关电源中采用双极性晶体管，这种型号的开关电源在频率控制上仍有待提高。因此，开关电源的应用趋势应以提升开关元器件的开关频率为主，这样才能够有效保证开关电源的频率，达到节能减排的目的。考虑到提升开关电源的开关速度会对电路中分布电感和电容产生干扰，致使二极管存储电荷存在浪涌情况，为了对存储电荷的浪涌情况进行控制，可以根据实际情况，选择不同的应对方法。一般可采用L-C缓冲器、磁缓冲器等辅助元器件控制浪涌。针对高频开关电源而言，可采用部分谐振转换电路技术，对存储电荷涌浪情况进行控制。谐振式开关电源能够降低开关启动过程中的能源损耗，但是在实际应用中，部分谐振转换电路技术在高频开关电源应用中仍存在诸多技术难题。现阶段，国际上针对开关电源的运行电流耗电情况，已展开了相关研究，有学者通过降低开关电源运行电流的方式，辅助降低结温措施，控制开关电源中器件应力，从而保证开关电源产品的可靠性，能解决开关电源存储电荷的涌浪以及噪声等问题，具有一定的实用性。开关电源模块化发展推进了电力电子技术在开关电源中的应用成效。通过设置开关电源中的模块化电源组，能够将开关电源系统进行分布控制。为了能够降低模块化开关电源的开关功率，可在模块化开关电源设计过程中加入滤波器，能实现对开关电源存储电荷的涌浪的有效控制，从而提高模块化开关电源的实用性。电力电子技术在开关电源中的应用使得开关电源性能更加稳定。

5结语

总之，随着科学技术的不断进步，电力电子技术在开关电源中的应用会更加广泛，高频化、模块化、智能化及节能化等必然成为其未来的应用方向。电力电子技术在开关电源中具有很高的应用价值。未来电源技术的发展进程中，人们应致力于研究电力电子技术与电源技术的融合问题，提高开关电源的技术水平，促使其在实践中充分发挥应有的作用与功能，为推动相关领域发展提供有力支持。

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