电子电力技术在开关电源中的应用

电子电力技术在开关电源中的应用

陈典文

内蒙古阿拉善盟额济纳旗机关事务服务中心 内蒙古阿拉善盟735400

摘要：电子电力技术的发展带动了开关电源的发展，从低频到高频，从整体式到模块化，运行能耗不断降低。例如，高频开关电源能将交流输入电流转换为相应直流输出。就目前而言，电子电力技术已在开关电源中得到了广泛应用，并取得了显著效果。

关键词：电子电力技术；开关电源；应用

如今，世界能源消耗逐年增加，电能在所有能源中所占比例约40%，而在电力能源中，经电子电力设备转换的电力能源也占40%，按现代电力能源增长速度，电子电力设备的电子能源转换预计将达到80%，所以当前电子电力技术将发挥越来越重要作用。

一、电子电力及开关电源的现状

1、电子电力技术发展现状。单从技术方面来分析，电子电力设备的使用、转换、控制，均有着重要作用。为满足不同工作需要，将工频电能通过整流或逆变斩波功能，转换成所需相应电能，从而适应各种电器的需要。在发达国家，为能提高电能利用率，基本是经电子电力技术转换后再使用，但国内使用这种技术相对较少，从而电子电力技术的效果未能得到发挥。从产品角度分析，电子电力设备包括电子电力产品、电能质量类产品、变频装置。随着众多技术的共同联合相互促进，生成一系列功率器件，从而取代传统电子电力。

2、开关电源发展现状。开关电源随着科技的不断发展进步，朝着高频、低能耗等方向进步，同时提高模块化及抗干扰功能。如今市场中主要是通过不断降低消耗，以保证利用率。电源电路中需分析不同情况来对不利影响进行有效控制，通过利用电子电力技术能有效控制浪涌，从而降低损耗。在高频化时有可能会增加噪声，因此为在高频化时减少噪声，需通过谐振转换电路技术，但这种技术还不够完善，需进一步研究。

二、电子电力技术特点

当前，变换电源电路在电子器件热传递全过程中起着重要作用，可将交流电源变换为直流电源。随着科技的发展，电子电力技术展现出可持续发展趋势，电子电力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。绝缘栅双极型晶体管(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问题，避免了电路中的短路及功率损耗。

影响电力传输的因素较多，如线路距离、电压、传输线路质量、线路设备品牌等，都会影响线路的电流传输速率。若电路距离过长、电压不足或电路设备不齐全，可能会降低电源开关响应灵敏度，增加电路功耗。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，威胁用户人身安全。因此，新时代能源工作者要提前预见这些潜在的安全隐患，制定有效政策和解决方案。

三、开关电源的基本原理

开关电源作为人们日常生活中较常用设备，有着不同类型，将其分成变换电能的电源、发出电能的电源两种。严格来说，自然界并无能直接利用电源，所以需通过转换器转换，才能使电能得到有效利用，将能源得到有效转变获得的电源就是付出电能的电源。很多时候这一电源并不能直接应用，还要经变压器等电力设备进行电压转换，才能应用。开关电源是变换电能的电源，开关电源的工作原理是在电进入到电源后，经整流及滤波转为高压直流电，在开关电路及高频开关变压器作用下，转变为高频低压脉冲，最后能输出低电压直流的电源。通常，开关电源由功率与控制回路组成。

四、电子电力技术在开关电源中应用的重要作用

1、提高电力系统的安全性。电子电力技术通过开关管的高频转换，大幅提高电源系统效率。高效的开关电源能降低能耗，减少由于高温产生的设备损坏风险，提高可靠性。现代电子电力技术还具有超强适应性，能适应各种不同电力系统环境。例如，通过采用先进调制技术和控制算法，实现对各种复杂电网环境的应对，从而实现优秀的电源稳定性和系统兼容性。这种适应性保证了电力系统在面临电网波动或其它不确定因素时，仍能保持稳定运行性能，保障电力系统的安全稳定。

2、进一步满足工业发展需求。随着工业的发展，对电力需求不断提高。现代电子电力技术在开关电源中的应用，更好地满足了这些需求。开关电源具有高效率与高功率密度的特点，使其成为众多工业设备首选。现代电子电力技术提供了多种开关电源设计和优化方法与手段。例如，可通过调整开关电源设计参数，满足特定工业应用需求。这种设计的灵活性使开关电源能适应各种不同工业环境及应用场景，从而满足更广泛的工业需求。

五、电子电力技术在开关电源中的应用

1、软开关技术。以往所采用的大功率开关电源往往要在开关过程中，遭受过大电流电压冲击，长此以往势必会加剧这种损耗，严重影响开关实际作用，而在这一过程中，在总体损耗中，开关电源损耗有着较大占比，能达到70%以上。一般情况下，工作人员往往会额外加入新的缓冲电路，以起到缓解电压和电流对开关器件冲击的作用。但尽管这一举措能达到一定效果，但不可避免地会带来全新问题。缓冲电路会增加固有电路结构复杂性，不利于后续对其所开展的维护工作，难以真正从源头上解决问题。而软开关技术的应用则能实现开关电源和电子电力技术的有效融合，通过谐振原理的应用，在开关瞬间电流和电压的峰值难以重叠，展现出正弦变化，根据实践调查研究发现，这一操作能有效减少开关所面临的损耗，对于电力系统安全稳定性的提升有着重要意义。

2、同步整流技术。开关电源技术的发展进步一个主要体现是低耗能、高效率，所以重视同步整流技术能进一步提高电能使用效率，该技术其实是另一种提高电能利用效率的方式，是在软开关后进行，主要是反接整流开关二极管中金属绝缘体半导管，关键是它运用于低压大电流电源，同步电流会经零电压、零电流开关，联动信号，这个信号是同步整流及初始脉冲信号间进行的，让它的上升沿增加从而超过之前上升沿，最终形成一种金属氧化物半导体效应晶体管、零电压的电源开关方法，其根本目标是能实现电能低消耗、高效率。

3、控制技术。主电路的设计要满足开关变换器结构不同、离散非线性特点，因此开关电源要使用多路控制。开关电源动态性可经电子运动和时间周期增减来控制实现，开关电源智能性可经基因算法BP算法、模糊控制、微机控制、人工神经网络等技术实现。MEMS技术发展使微机运算速度提升，微机或DSP应用到大功率开关的数字模块实现更加促进电源数字化及高效化的实现。

4、功率半导体。电子电力技术的发展催生了MOSFET与IGBT半导体器件。开关电源中，运用MOSFET与IGBT半导体器件，能提升电源效率并充分利用能源。这两种晶体管内部电阻小，对驱动功率无过高要求，在能耗方面具有突出优势。基于同步整流技术与控制技术的结合，能实现开关电源的高频化发展，从而提高开关电源技术水平。

六、开关电源发展趋势

由于能源危机，各行业研究均朝着高效节能方面发展，开关电源进步显著，目前开关电源已逐步转化为高频、低耗产品，对外部干扰控制能力越来越强。但市场上大多产品技术较落后，开关电源节能效率需进一步提高，所以需减少电源开关时的能耗，采用高速开关元器件。但开关速度提高后，电荷、电感、电容等或多或少会有影响，会加大噪声。为减小噪声，需具体情况具体分析，要想降低噪声，可尝试用谐振式转换技术，该技术能控制噪声和能源损耗。开关电源在今后发展中正朝着小轻薄、高频、高可靠性、低噪声等方面发展，在技术上采用先进的微机控制技术，在实际运用中可能还会出现各种问题，因此要结合实际不断深入研究，提高开关电源工作效率。

　　总之，随着能耗的增加，电子电力技术作用逐渐凸显。在电子电力技术高速发展下，开关电源逐渐由高耗能转化为低耗能。为提高开关电源应用效果，需按具体情况在开关电源中合理应用电子电力技术，提升开关电源稳定可靠性，以达到预期应用目的。

参考文献：

[1]李润杨.电力电子技术在开关电源中的应用探析[J].通信电源技术,2019,36(02):113-114.