电力电子技术在开关电源中的应用探析

电力电子技术在开关电源中的应用探析

郝世超

天津科林电气有限公司天津300457

摘要：我国电力电子技术随着科学技术的快速发展而发展迅速。电力电子技术在开关电源中的应用关乎到电源能耗。结合我国电力电子技术的发展，分析电力电子技术在开关电源中的应用。

关键词：电力电子技术；开关电源；应用

引言

随着人们生活水平的提高，对于物质要求与日俱增。社会诸多领域，电源技术都有着广泛运用，正是凭借该项技术的发展，人们的日常生活与生产发生了重大变化。开关电源凭借自身突出的技术优势，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，并在进行不断完善与发展。

1开关电源分类

根据开关电源的实际用途以及标准对其进行分类，有着多种分类方式。首先，根据开关电源的驱动方式进行分类，可将开关电源分成他励式、自励式两种。如果按照开关电源的输出/入类型进行划分，则能够分为AC/DC以及DC/DC两种不同变换器。想要实现对开关电源进行精准控制，按照控制方式以及用途不同，可将开关电源分为PFM混合式、PWM脉冲宽度调制式等等。对开关电源进行电路划分，可将开关电源分为谐振型开关电源、非谐振型开关电源。

2电力电子技术在开关电源中的具体运用

2.1软开关技术

基于IGBT功率器件控制的PWM电源在能耗上具有突出优势，相较于传统大功率电源的逆变主电路结构，PWM电源可以减少近40%的能耗。软开关技术借助了谐振原理，改进、优化了传统电路中缓冲电路对电压尖峰的消除和浪涌电流问题，从而简化了系统，有效控制了故障概率。传统电路中，开关电源进行操作的瞬间会产生较大的电流和电压，如果不能利用这部分电能，就会造成能量损耗。基于谐振电路的运用，可以吸收高频变压器中的电感与电容，从而缓释晶体管等元件的压力，使电源得到充分利用，并有效维持电源的稳定性。

2.2高频开关电源

从通信电源的发展角度来说，其推动着通信业的快速发展，供电系统推广使用低压高频小型化开关电源。在通信领域中，所说的一次电源，具体为整流器，而二次电源则为DC/DC变换器。实际应用中，使用一次电源，能够实现对三相交流电网的转化，或者单相交流电网的转化，将其转化为支流电源。随着技术的发展，低压高频开关全面替代相控式稳压电源。从通信设备使用角度来说，所需的集成电路不同，因此使用的电源电压也不同。考虑到节能，使用具有高功率密度特点的高频DC-DC隔离电源模块，提高安装以及维护的便捷性。一般来说，通信容量的增加，会带动通信电源容量的增加。从使用的角度来说，由于开关电源不断小型化，那么开关必须高频化。因此，其基波自身能够构成干扰源，产生较强的传到干扰波，在改进元器件，提高开关高频化的同时，极易受到辐射干扰波的影响，产生超标准值的杂散信号。信号能够构成EMI，被干扰对象一般为无线电通信。从开关电源工作角度来说，处于高频开关状态，极易产生高电流和电压变化率，使得电源产生一定的电磁干扰，进而造成电网污染和电磁污染等。基于此，需要采取抑制措施，比如，采用滤波器抑制电磁干扰技术。滤波能够有效抑制电磁干扰，抑制电网中电磁干扰进入设备，并且能够抑制设备中的电磁干扰进入电网。通过在开关电源输入以及输出电路中，布置开关电源滤波器，来解决传导干扰问题以及辐射干扰问题等。常用的滤波抑制技术，包括无缘绿波技术以及有源率滤波技术，具体应用时，要合理选择，保证处理效果。

2.3功率半导体技术

电力电子技术的发展催生了MOSFET与IGBT半导体器件。开关电源中，运用MOSFET与IGBT半导体器件，可以提升电源效率并充分利用能源。这两种晶体管的内部电阻非常小，对驱动功率没有过高要求，在能耗方面具有非常突出的优势。基于同步整流技术与控制技术的结合，可以实现开关电源的高频化发展，从而提高开关电源的技术水平。

2.4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。

3发展趋势

开关电源在运行过程中具备安全、高效、可靠、节能、低噪等显著优势，现阶段，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，这样才能够有效的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。为例对存储电荷的浪涌情况进行控制，可根据实际情况选择不同的应对方法。一般来说，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，但在实际应用过程中，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难以攻克的技术难题。现阶段，国际上针对开关电源的运行电流耗电情况，已经展开了相关研究，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，能够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。当前，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。

结语

总而言之，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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