关于电力电子技术在开关电源中的应用分析

关于电力电子技术在开关电源中的应用分析

唐海洋

(珠海格力电器股份有限公司广东珠海)

摘要：随着半导体以及信息技术的有效推进，电力电子技术得以全面发展，同时带动着开关电源的发展，从低频转向高频，由整体化转到模块化，运行的能源消耗不断减少。比如，高频开关电源，其能够将交流输入的电流，给转化成为相应的直流输出。利用大功率开关元件，对直流高压进行转换，使其成为方波，再把方波电压，转化为低压，输出稳定的直流电压，在开关电源中，被广泛的应用。

关键词：电力电子技术开关电源应用发展

一、现代电力电子的发展现状

在国民经济中，电力电子占据重要的位置。为提高电能的利用率，发达国家电能的75%都是利用电力电子技术，进行变换或者控制再进行使用。然而我国当前经过变换或者控制后使用的电能占比较少，只有30%左右，尚未发挥电力电子技术的应用效果。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。比如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，转变了输电系统的导纳。电力电子技术发展的整个流程，具体如下：

（1）整流器时代。（2）逆变器时代。（3）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，比如MOSFET以及IGBT等，逐渐取代传统电力电子。

二、电力电子技术在开关电源中的应用

1、高频开关电源电路

1.1主电路

从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：

（1）输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。

（2）整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。

（3）逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。

（4）输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。

1.2控制电路

一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的资料，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。

1.3检测电路

除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表资料。

1.4辅助电源

提供所有单一电路的不同要求电源。

2、高频开关电源功能

（1）通过MODEM和电话网与监控中心通信，从通信口读取高频开关电源的信息；

（2）测量模块的输出电流和电压、直流母线电流和电压、电源的输出电流和电压、电池充放电电流和电压等；

（3）控制电源的输出电流和稳流，控制电源的开关机等；

（4）控制高频开关电源实现对蓄电池浮充、均充方式的自动转换；

（5）控制硅链的自动或手动投切，保证控制母线的稳压精度，进而保证微机和晶体管保护用电的可靠性，防止造成保护误动；

（6）调节充电限流值和总输出电流稳流值；

（7）具有本地和远程控制方式，采用密码允许或禁止方式操作，以增强系统运行可靠性。

高频开关电源在电子行业的作用是巨大的，在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现，将标志着这些技术的成熟，实现高效率用电和高品质用电相结合。

3计算机高效率绿色电源

随着计算机技术的快速发展，推动着开关电源的应用和发展，进入了电子电气领域。从计算机技术的应用角度来说，其对绿色电源以及绿色电脑，有着较高的要求，比如使用的绿色电源，不仅要高效，而且要省电。从绿色电源实际应用效果来说，能够减少电源运行的能源消耗，提高电源运行效率，使得台式电脑以及配套设备，处于休眠的状态时，耗电量不会超过30W。从绿色电源发展来说，市场上已经出现能够有效减少PC以及笔记本电脑功耗的全新绿色电源管理方法，以NXP为例，推出了GreenChipPFC芯片、GreenChip同步整流控制器和一系列LFEPAK封装的30V功率MOSFET器件产品组合。通过使用绿色芯片，提高电源芯片的智能化水平，实现终端产品的节能。通过整合芯片的高压SOI制程以及GreenChip方案，使得电源的PFC能够最大程度上发挥其效率。使用二段式PFC输出精准的电压，适用于全电压输出，提高了能效。除此之外，使用低/零位电压开关，实现了最低开关损耗。使用GreenChip同步整流控制器，取代传统的二极管整流电路，提升芯片设计水平，使得电源中同步整流的实现更加便捷，并且能够和部分电源控制芯片兼容，性能更加稳定。从产品的使用效果来说，具有较强的节能性。

4直流-直流变换器

4.1不间断电源

使用GC/DC变换器，能够把固定的直流电压，给转变为具有可变性的直流电压，进而满足无轨电车以及地铁等的需求，保证平稳加速，实现快速响应，并且能够节约电能。在实际应用中，UPS即不间断电源，随着计算机以及通信系统等的发展逐渐被应用，能够满足不中断场所的电源要求。不间断电源的使用，不仅可靠性强，而且性能较高。从现用的UPS来说，使用了脉宽调制技术手段，结合使用了现代电力电子期间，比如功能MOSFET等，引入了微处理器软硬件技术手段，强化了对UPS运行的智能化管理。随着互联网和物联网的发展，转变了人们的生活，人们对网络以及手机的依赖性不断增加，人们对UPS的需求和要求不断增加，比如在手机终端上查看UPS的状态等。在多样化需求的驱动下，UPS电源将会朝向智慧化方向发展。

4.2变频器电源

从电源使用角度来说，使用的变频器电源，能够用于交流电机的变频调速，比如空调电源。在具体应用的过程中，变频器电源作为电气传动系统的主要组成部分，在节能运行方面，有着较大的优势，获得了不错的节能效益。采用交流-直流-交流方案，作为变频器，使用整流器能够实现对工频电源的高效转化，将其转化为直流电压，结合使用PWM高频变换器以及大功率晶体管，对直流电压进行相应的处理，比如逆变，进而完成交流输出。随着变频技术的应用，使得变频器电源逐渐被推动应用。

4.3高频逆变式整流焊机电源

从开关电源发展的角度来说，高效和节能是主要特点。目前，市场上使用的焊机电源，部分能够达到高效以及节能的标准，就发展的前景来说，高频逆变式整流焊机电源具有不错的发展前景。就电源使用方法来说，采取的是交流-直流-交流-直流。在实际应用中，使用全桥整流的方式，把50Hz交流电，给转化为直流电。使用PWN高频变换，将直流电给转换为高频矩形波。借助高频变压器装置，进行耦合处理，使其成为具有较强稳定性的直流。通过整流处理后，使得滤波被转化为具有稳定性的直流。从实际使用角度来说，焊机电源所处的环境较为恶劣，对电源的稳定性和可靠性，有着较高的要求。

4.4大功率开关型高压直流电源

从当前大功率开关型高压直流电源实际需求角度来说，在CT机和医用X光机等方面，都能够应用。一般来说，电源的功率大于100kW、电流大于0.5A、电压处于50kV-159kV范围内。借助逆变技术，可以使得市电转变为中频。从技术发展的角度来说，推出了静电除尘高压直流电源。就电源使用实际来说，采取整流措施，把市电转变为直流。利用谐振逆变电路以及全桥零电流开关的串联，进而将直流电压转变为高频电压。完成后，经过升压，成为直流高压。

三、结束语

综上所述，在开关电源中，电力电子技术的应用，发挥着积极的作用。目前，常用的基于电力电子技术的开关电源，具体包括高频开关电源、计算机高效率绿色电源、直流-直流变换器，朝向智慧化、节能化等方向发展。

参考文献:

[1]冷海滨.现代电力电子技术的发展趋势探析[J].电子技术与软件工程，2014(01):156-157