电力电子技术在开关电源中的应用

吴迪

【摘 要】现如今，各领域不断的发展，电源技术被人们广泛的应用，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。毋庸置疑，开关电源技术的普及与电子电力技术的发展有着十分密切的联系，人们在承认其应用价值的同时要充分认识到开关电源在应用实践中存在的一些缺陷。基于此，人们有必要围绕电力电子技术与电源技术的融合与发展进行探讨、研究，分析开关电源存在的问题并提出有效策略，将电力电子技术融入其中，提高开关电源的技术水平，克服技术难题，以此推动电力电子技术及开关电源技术的进步与发展。

【关键词】电力电子技术；开关电源；应用

引言

我国电力电子技术中广泛引进信息电子技术以及半导体技术，这使得電力电子技术朝着高频方向发展。电力电子技术主要包括变流电路、电子器件、控制电路。开关电源主要借助电力电子技术，实现对半导体器件开通和关断的控制，保证电压输出稳定。开关电源相较传统的线性稳压电源占地较小且应用效率高，因此广泛应用于各类电子产品中。但与此同时，开关电源在实际应用过程中受到电磁干扰的影响，而且电路分布复杂，受到射频干扰程度较大。开关电源中的整机电路由控制电路以及主电路进行控制，其中，整机电路主电路复杂电网能量的转换和传递，包括输出整流滤波、输入整流滤波以及功率转换。

1现代电源技术

在电力电子技术不断发展的背景下，开关电源技术逐渐趋于成熟，其发展方向主要体现在以下几个方面。第一，技术模块化、智能化。模块化电源技术一方面指功率器件，另一方面指电源单元。在新型技术的支持下，电源对不同模块进行集成化处理，如此开关电源占用空间就会变小，器件更加稳定，系统的可靠性得到提升。输出稳压电路模块化发展提高了电源使用的灵活性与便捷性。第二，数字化与多元化是开关电源技术的发展趋势。正如上文所述，电子技术具有很强的综合性，涉及了诸多学科领域，其中电源技术主要包括功率转换、数字化控制、高频变换等技术内容。为进一步提高技术创新性，电源技术的发展必然要充分结合行业发展动态，不断更新自身知识技能，从而实现多元化与数字化发展。

2电力电子技术

2.1电力电子技术在高频开关电源中的应用

电力电子技术在高频开关电源中的应用十分广泛。高频开关电源支持大功率晶体管运行，并能够有效提升整流器功率容量。随着人们对于集成电路所展开的深入研发，促进了高频开关电源在电气工程领域的应用，也使得开关电源朝着模块化、微小化和高效化的方向发展。计算机技术以及通信技术的应用，使得高频开关电源设备更具稳定性。借助UPS经过整流器能够实现电流的直流输出，将交流电转换为两部分。开关电源中的一部分电流传送至转换开关、逆变器等元器，实现设备的正常工作，另一部分则流入电池，为电池进行充电。不间断电源借助大功率IGBT，能够有效降低噪声强度，并在一定程度上保提高了高频开关电源的系统稳定性。高频变频器主要应用于开关电源的电气传动系统中，能够实现对电机变频速度的调控。高频变频器电源经过高频变换器、大功率晶体管，实现电压转换，改变电压的频率、功率，具有节能减排的作用。借助现代高新技术，能够将开关电源中强电和弱电进行结合，能够有效降低开关电源研发的成本，具有节能减排、经济高效的应用优势。

2.2技术优势

采用电力电子技术中的软开关技术能够有效降低开关电源的故障发生率。借助IGBT功率器件对开关电源中PWM进行控制，从而解决大功率电源逆变主电路结构的能源消耗问题，降低开关电源的能耗。应用谐振原理解决传统开关电源的浪涌电流问题，并有助于减缓电压尖峰，降低系统故障发生概率。谐振电路在进行开启和关闭时能够对高频变压器中的电容、电感进行吸收，降低开关电源的能耗，同时能够为晶体管等元件进行减压。相比于传统电路开关启动造成的巨大能耗损失，采用电力电子技术能够有效保证开关电源运行的稳定性，提高开关电源的利用率。此外，电力电子技术中的同步整流技术能够有效提高开关电源的运行效率。同步整流技术将整流开关二极管部位的金属绝缘体的二分之一进行反接，使同步电流通过零电压/电流开关，实现对同步整流的初始脉冲信号驱动，以这种方式实现零电压开关。通常情况下，同步整流技术适用于一些电压较低、电流较大的开关电源中。电力电子技术中的控制技术能够实现对多路电流/电压的控制。在控制技术实施过程中，主电路的设计需符合开关变换器结构要求，并具备离散非线性的特点。控制技术具有其动态性，能够利用时间周期的变化对开关电源进行控制。在开关电源控制技术中应用到的算法包括：基因算法、模糊算法、神经网络控制算法等等。这些算法的应用可以保证计算机的运行速度有所提升，并且使开关电源运行更加智能，实现开关电源的高效化、数字化、模块化。

2.3现代电力电子技术的发展趋势

在知识经济时代背景下，技术创新成为社会各领域的焦点话题，政府与企业的创新意识不断强化。作为一项新兴技术，电力电子技术集多门学科于一体，在工业领域中具有重大应用价值。基于此，未来建设电力电子技术的创新机制具有重要意义，是优化产业结构、推动产业发展的有效途径。20世纪90年代，电力电子器件的发展趋于高频化、标准化、模块化以及智能化。根据电力电子技术发展现状可知，高频化与智能化已经成为电力电子技术的主流趋势，在此背景下，机电设备的响应速度与工作效率必然得到全面提升。

3电力电子技术的发展历程

第一，整流器时代。在大功率背景下，工业用电主要源自于工频为50Hz的交流发电机，但其中有一部分电能属于直流形式，所占比重约为1/5，最典型的领域为电解、牵引以及直流传动等。在这一阶段，大功率硅整流管与晶闸管的应用逐渐普及。第二，逆变器时代。这一阶段为20世纪70年代，在微机得到普及的背景下，电力电子装置的智能化水平有所提升。在电力电子电路不断完善的背景下，工业领域开始涌现由晶闸管组成的不同种类的电力电子装置。这一阶段，电力电子器件主要为大功率逆变用的晶闸管、门极可关断晶闸管以及巨型功率晶体管。逆变器时代，整流与逆变问题已得到解决，电力电子技术应用实践中，主要问题在于工频难以提升，大部分依然处于中低频水平。第三，变频器时代。20世纪80年代，大规模与超大规模集成电路技术研究取得了重大突破，这对电力电子技术的发展有着里程碑意义。基于集成电路技术的发展，凭借精细加工技术和高压大电流技术，全控型功率器件得以形成。在新型器件不断发展的背景下，交流电机的性能得到优化；同时，高频化成为电力电子技术的主要发展方向。在此背景下，电力设备的节能性得到极大提升，并且趋向于小型轻量化发展。就技术层面而言，机电一体化与智能化对电力电子技术的发展发挥了重要作用。

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。

参考文献：

[1]单如琳.电力电子技术在感应加热电源中的应用[J].电子技术与软件工程，2018（15）：212.

[2]张耕华.探究我国现代电力电子以及电源技术的发展[J].电子技术与软件工程，2017（24）：246.

（作者单位：格力电器股份有限公司）