关于电力电子技术在开关电源中的应用分析

邱天宇

（长春职业技术学院，吉林长春，130000）

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。

1 现代电力电子的发展现状

从技术的功能角度来说，利用电力电子器件，变换以及控制电能，发挥着重要的作用。其具有整流、逆变斩波等功能作用，能够使工频电能，转化为相应的电能，满足不同需求，适应用电装置的各类需求。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[1]。

2 电力电子技术在开关电源中的应用

2.1 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]。

2.2 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GreenChip PFC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[3]。

2.3 直流-直流变换器

2.3.1 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。目前，市场上已经推出智慧UPS，利用网络通信，能够实现UPS和电脑的通信，并且兼容了MODBUS/RS485/RS232协议。基于用户的上网需求，部分产品提供了双网口，并且自带网络转换功能，一台UPS能够同时满足电脑以及自身的上网需求。在实际应用中，利用手机终端APP，能够实现对电脑以及UPS电源的远程管理，不仅能够动态查看UPS运行的实际情况，掌握用电的实际情况，并且能够提供断电预警服务，实现对远程电脑以及电源开关机的远程操控。除此之外，利用云计算系统，能够实时获取统计UPS电源的运行状态，经过大数据的分析以及处理，能够精准发现用电问题以及设备故障，提高了电源使用的体验感。

2.3.2 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。在实际应用中，不仅能够达到节能的要求，还能够提供优质的电源服务[4]。

2.3.3 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。基于此，要做好有效的把控，合理选择微处理器，预测系统运行实际情况，及时发现问题解决问题。

2.3.4 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[5]。

3 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。