(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