电力电子技术在开关电源中的应用分析

2021-12-08马秋芝

通信电源技术 2021年16期

马秋芝

（西安建筑科技大学华清学院，陕西西安 710043）

0 引言

电力电子技术关键对电磁能开展操纵和转换，运用电子器件能源技术开发设计与能源有关的电子产品。电力电子技术关键分成3个部分，第一部分是电力电子元器件，第二部分是正弦脉宽调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM）电源电路，第三部分是控制回路。能源电子器件技术主要是根据电力工程、电子器件以及操纵三大电气专业技术的交叉式完成。随着社会与科学研究技术的发展，电力电子技术做为一门结合三大技术行业的课程，与当代控制理论的联络越来越密切。此外，它与能源科学、电气工程以及信息科学息息相关，做为一般技术标准，在很多行业充分发挥功效[1]。

1 电力电子技术特点

现阶段，变换电源电路在电子器件热传递全过程中起着重要作用，可以将交流电源变换为直流电源。随着科学研究技术的不断发展，电力电子技术展现出可持续发展的趋势，电力电子器件的研发也推动了当前电力行业的进步，使人们进入了高频智能电源时代[2,3]。绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）的出现实现了电网的异步互联，解决了许多功率开关不稳定的问题，避免了电路中的短路和功率损耗。

影响电力传输的因素很多，如线路距离、电压、传输线路质量以及线路设备品牌等，都会影响线路的电流传输速率。如果电路距离过长、电压不足或电路设备不齐全，就有可能降低电源开关响应的灵敏度，增加电路功耗[4]。此外，部分用户并不关心用电安全，频繁使用电源开关会导致短路和熔断器熔断等问题，甚至可能产生漏电风险，威胁用户的人身安全。因此，新时代能源工作者必须提前预见这些潜在的安全隐患，制定有效的政策和解决方案[5]。

2 目前电力电子的应用

事实上，电力电子技术已经在社会中得到了广泛应用，具有整流、反相以及斩波功能，非常擅长转换电能，可以满足人们的多样化需求。电子技术在提高电力利用率方面具有不可替代的作用，但是目前我国应用方面的实例并不多，能源电子技术在这方面的作用还没有完全发挥作用。现代高科技智能控制和模块化开发提高了生产效率，降低了能耗和研发成本，使电力电子技术能够高效利用电能，电子电力系统稳定运行[6]。此外，电力电子技术也可用于工业，提高电能使用效率和工作效率，减少对环境的污染。

高压直流输电有其自身的优势，可以降低电力消耗，调节系统运行速度。电力电子技术的应用可以更好地提高直流输电技术，降低项目实施成本。电力电子技术与网络技术相结合，可以更好地控制交流输电系统，快速有效地调整输电系统参数，改变系统潮流分布，使系统运行更加平稳。电力电子技术在电力行业的应用越来越普及，电力系统的电力谐波需要适当改善。有源滤波实质上可以通过可控半导体将幅度相同或相反的电流泵入电网，目的是使电源的谐波电流为零，并随时随地对谐波电流进行补偿。电力的使用是连续不断地输入，所以要保证电源不切断，电力输入不停止，电力系统处于工作状态。电力系统安全可靠地工作，节约了更多的电力资源，保证了电力社会的发展以及电力的高效供给[7]。

3 电力电子技术在开关电源中的类型

随着科学技术的不断发展和应用，人们的生活中出现了各种能量开关。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。

3.1 按照输入输出方式划分

由于输入输出方式的不同，开关电源可分为DC/DC转换器和AC/DC转换器。其中，DC/DC模式更注重电流的可靠性和安全性，而AC/DC更注重电源开关的低功耗和低噪声设计，为用户提供更贴心的服务。根据两种电流传输方式的不同，用户需要为自己的需求选择合适的电源开关，以充分发挥DC/DC和AC/DC转换器的价值和作用。

3.2 按照驱动方式划分

开关电源按照按驱动方式不同可分为接触式和非接触式两种。其中，接触式需要用户触摸电源开关进行相关操作，而非接触式具有智能化和自动化的特点，用户可以远程控制电源开关。前者虽比较传统，但非常灵敏。

3.3 按照控制方式划分

根据控制方式的不同，开关电源还可以分为脉宽调制和脉冲频率调制。每个电源开关都有自己的价值和特点，用户可以根据需要进行选择。只有掌握电子电力传输方法和技术，才能不断提高功率开关的性能，有效保证开关电源的效率，减少不必要的功率损耗。

4 开关电源与其他电子电气技术实际结合应用

4.1 高频开关电源

高频率开关电源在具体运用全过程中能够完成沟通交流电源变换，以达到用电量机器设备的供电系统要求。当高频率开关电源接入时，电流量根据功率较大电子开关的整流电路变换为低压，最后产生平稳的输出电压。总体来说，当代高频电源具备重量较轻和体型较小等明显特性。高频变频电源在应用中不用电源变频调速器，这促使高频率变频电源的品质更高，容积比别的变频电源更小，方便使用[8]。高频率开关电源能够运用硅的导通角来操纵实际功率改变率，更改高频率开关电源的负荷也会影响功率因素的转变。高频率开关电源工作时噪声低于50 dB，比较之下，其噪声比可控性整流器机器设备低35%，并且在电源开关打开一瞬间功能损耗低，有益于节能降耗，能合理提升设备的运作高效率。

电力电子技术广泛运用于高频开关电源，可合理提升电子整流器的输出功率。根据对集成电路芯片的深层次产品研发，促进了高频率开关电源在电气行业的运用，进一步向造型设计化、微型化、高效性方位发展。电子信息技术和通信技术的运用，使高频开关电源机器设备运行更为平稳[9]。开关电源中的一部分流量传送到变电器和逆变电源，以完成机器设备的正常运作，另一部分注入充电电池为蓄电池充电。借助大功率IGBT，不间断电源能够在一定水平上合理减少高频开关电源的噪声，增强抗压强度，提升系统软件的可靠性。

4.2 高频逆变式整流焊机电源

在发展前景方面，高频逆变电源发展前景良好。高频开关器件可以进行耦合过程，实现直流恒流。经过整流过程后，过滤转换为恒定恒流。实际中，焊机供电可以在环境恶劣的情况下使用，供电的稳定性和可靠性非常高。

4.3 同步整流技术

同步整流技术不但合理地节省了电力能源，而且进一步提高了电源的效率。该技术的产品研发根据开关电源的软开关技术，当氢氧化物单电导体晶体三极管与整流二极管串联时，开关电源可以融入低压和大电流量。当浪涌电流在电源电路中流动时，根据操纵金属材料空气氧化三极管最后做到零运行工作电压。

应用同步整流技术有助于降低开关电源的功率损耗，解决用户开关响应慢的问题，，但也可能会导致开关噪声的增加，存在很多实际问题。相关技术人员可以为用户提供更高的服务保障，在实现高频的同时降低噪音。随着智能技术的不断进步，不间断电源逐渐出现在大众视野中。其为一种集计算机和通信系统于一体的高科技、高性能电源，可实现智能化管控，大大提高电源的转换效率[10]。现代电力电子设备也可作为不间断电源应用模块，实现UPS的智能化管理，使电子电力系统更简单、更科学。此外，开关电源的主电路设计也有特定要求，不能随意搭配电器元件。电路中的电子设备必须满足非线性特性，才能实现电路的多路控制，使控制系统更加有序和充实。

在电力电子技术中，使用软开关技术可以有效降低开关电源的故障率。开关电源的脉宽调制由IGBT功率器件控制，解决大功率逆变器主电路结构的功耗问题，降低开关电源的功耗。应用谐振原理解决传统电源的浪涌电流问题，有助于减缓电压浪涌，降低系统故障的可能性。当谐振电路导通或关断时，它可以吸收高频转换器的电容和电感，降低开关电源的功耗，同时对晶体管等元件进行减压。与传统电路开关启动带来的大量功率损耗相比，电子电源技术可以有效保证开关电源的稳定性，提高开关电源的利用率。此外，电力电子技术中的同步整流技术可以有效提高开关电源的工作效率。在同步整流技术中，将整流开关二极管部分的金属绝缘体一半反接，使同步电流通过零电压/电流开关。

开关电源的使用频率可以通过电路的时间周期来控制，必要时可通过引入模糊控制、微机控制以及手动控制等多种技术来实现，为用户提供高效的控制系统。一些用户对家用电器的安全性有更高的要求，如儿童电器和家用熨斗等。电源系统设计人员可以采用灵活的交流输电系统，主要增强家用电器的防漏电功能。随着科学技术和通信技术的发展，电力传输系统已成为各领域的重大研究课题。可以利用电源技术在开关电源中加入IGBT、FACTS等可旋转器件，改变系统结构，提高电源开关的灵敏度。无论电路传输系统是否一致，都需要制定详细的设计方案，以实现电路传输的可靠性，并与电力电子技术应用一起扩大开关电源的市场活动。