大功率高频开关电源节能技术的运用与研究

常宝平

（兖州煤业榆林能化有限公司，陕西 榆林 719000）

0 引 言

电源是设备运行过程中的重要支撑部件，对安全性和稳定性的要求较高。虽然传统可控硅整流开关电源能满足设备运行需求，但是其资源耗费严重，还会造成环境污染。在此背景下，大功率高频开关电源节能技术逐渐受到人们的关注。通过节能技术的运用，不仅可以提升电源使用效率，还有助于从源头上减少能源损耗，为企业的长远建设创造条件。

1 开关电源技术发展研究

随着人们对电力资源的需求逐渐增加，电源运行压力不断提升。大功率高频开关电源作为新时代电源优化的重要形式，为各行业生产优化提供了技术支持，越来越多的企业开始借助电源升级降低成本，提高运行效率。高频开关电源是设备运行的基础，目前此类电源在使用过程中极易产生严重的能源损失，为此相关人员只有借助科学管控和模块升级的方式完成智能化管理，才能在提高设备使用效率的基础上，降低企业设备运行成本。

当前我国科学技术发展迅速，人们的生活水平进一步提升，在电源运用方面开始关注节能环保效果。在此背景下，部分企业会借助新兴技术及时完成电源生产升级优化，以此满足设备运行需求，但整体效果并不明显。相关人员提出通过运用大功率高频开关电源节能技术强化电源智能化、高频化水平，减少能源损失，为相关产业发展提供技术支持。

与传统的可控硅整流电源相比，大功率高频开关电源的输出电压仅在直流5.1 ～7.2 V 左右，而输出电流可以达到50 ～55 kA。此外，传统可控硅整流电源使用效率不高，功率因数仅能达到0.7 ～0.85，会带来资源浪费，加大设备运行成本。尤其是在负载电压较小的环境下，功率会进一步降低。通过大功率高频开关电源的使用，可有效解决以上问题。目前，此类电源生产和相关技术研究已经成为开关电源发展的重要趋势[1]。

2 大功率高频开关电源分析

2.1 电路原理

交流输电电压通过整流电路后会进一步提升，经过设备完成逆变操作，将其转变为18 kHz 的能量形式，并将其更改为次级，通过滤波器完成滤波操作，最终得到可以达到标准的输出电压。该过程中，将信息转化为脉宽调制（Pulse Width Modulation，PWM）信号形式，以此实现电路管控，确保电路运行的安全与稳定。大功率高频开关电源电路设计原理如图1所示。

图1 大功率高频开关电源电路设计原理

从电路设计规划来看，主电路前端应用了三相桥式的二极管整流电路模式，关键区域则使用PWM 管控技术，可有效降低整流电路运行过程中的能量损耗[2]。

2.2 整机原理

铜箔工艺在数据参数方面规定直流电源应为50 kA/7 V，能结合实际需求完成电流实时调节，进而确保其电流的稳定性与安全性，满足常年运行的现实需求。整机设计过程中，采用“N+2”并联形式完成电力获取。此外通过应用备用单元，一旦运行中出现异常，系统就会自动切断故障，并将电流分配给其他单元，确保总输出符合标准。同时，前期设计中使用新型模块结构作为主规划模型，在维修时可实现区域局部维修更换的目的，减少对周围零件的影响。在此基础上，技术人员可以直接通过使用自动均流管控技术强化开关电源的运行效果。与传统的技术相比，自动均流控制技术的应用，使设备运行效率进一步提升，这也是我国现阶段大功率高频开关电源使用均流控制技术的主要原因[3]。

为有效解决单元并联过程中的均流问题，还能使用可变电源虚拟的形式进行电压反馈，高效完成输出管控工作，有效提升设备的多场景适应能力。在多个单元并联的过程中，可变电源的内阻配置相一致，因此可借助闭环管控的手段展开均流控制，保障整机的稳定性。除此之外，混合冷却方式也是提高系统运行效率的重要手段。在此基础上，部分企业会使用纯水冷却等手段排出单元机箱内的热量，确保系统运行的稳定性。

2.3 控制系统

从控制系统运用的角度来看，大功率高频开关电源主要使用RS485 进行单元管控，通过技术形式实现数字化信息传输，可以实现1.2 km 以上的长距离信息通信。目前，多数企业会使用西门子可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）搭建控制系统，其中主机与操作面板均采用西门子监控系统，可完成电流管控并显示故障信息与参数信息，为工作人员监管系统提供数据支持[4]。

3 大功率高频开关电源节能技术运用分析

对于开关电源而言，其工作原理是将电源经整流和滤波转化为高压直流电，并在开关电路与高频开关变压器装置的作用下，将其转化为高频率的低压脉冲，最终将其输出为低压直流电。在输出过程中，设置一条电路对控制电路进行反馈，促使整个电压的输出达到相应的稳定性。对于高频开关电源系统而言，其工作效率范围最高可以达到80%，最低为40%。同时，研究期间，电源效率会受到负载率的影响，电路负载率越大，电源效率越大。通常来看，采购用于制作开关电源的相关元件时，通常会考虑扩容因素。开关电源的容量通常大于当前通信设备的实际负载，若没有对冗余模块进行智能控制，必然会造成电源工作效率的降低。在大部分情况下，基站开关电源是在浮充状态下进行工作的，系统的整体输出量占总量1/3，其中模块要在40%以上负载率才能达到较高水平的转换状态。

为提高大功率高频开关电源的节能效果，优化节能技术的运用，传统开关电源通常会采用移项控制的整流方式，但存在谐波大、损耗严重的情况。根据已有数据，传统可控硅电源和高频开关电源的功率差约为45 kW，效率差异约为17.2%。可控硅开关电源在损耗方面更加明显，尤其是无功损耗较为严重。而借助PWM 高频开关电源完成整流操作，则可以减少无用功的能量损耗，帮助企业降低成本。与此同时，高频开关电源在使用的过程中零件损耗较小。此外，其备用系统设计的方式，可在不停机的环境下实现局部维修，既达到保障安全生产的目的，又可以确保企业产量。在冗余系统设计背景下，大功率高频开关电源不仅可以保证设备高效运行，减少故障的产生，还能减少无功损耗，提高成品率[5]。

通过使用大功率高频开关电源节能技术，可以在一定程度上减少对资源、能源的消耗，可为企业降低成本，增强经济效益、社会效益以及环保效益，是提高企业核心竞争力的有效方式之一。同时，此类节能技术对于原有技术而言具有一定的创新性，相较于传统电源，高频开关电源具有较大的应用优势，其结构上的升级可增强电源在不同场景的适应性，并在结构方面呈现更明显的稳定性，为后续使用打下稳定的环境基础，降低风险性，促使整个应用流程更加安全和节能。传统方式会产生大量的能源消耗，对于周边环境的影响也无法进行处理，现阶段，部分电厂在日常经营过程中运用高频开关电源，能够减少能源损失，降低对周围环境的影响。在新型开关技术应用背景下，不仅满足可持续发展理念，还能完成电源整流处理，实现技术理念与实践的进一步创新目标。在新技术的推动下，电厂对于自身发展需求会产生了解，并逐步增强对节能新技术的重视，通过这种方式可以显著增强企业的核心竞争力，并为行业带来更多的参考价值，实现行业内部良性竞争，提高电厂的综合竞争能力。在大功率高频开关电源内部配置整流变压器，可调整交流电源的电压，使其在整流的基础上完成电力输送。在改造的背景下，能有效降低成本，塑造企业绿色环保形象。

在通信机房中运用大功率高平开关电源，可在提升电源性能和使用稳定性的基础上，降低外在环境对通信机房内部设备运行的干扰。大功率高频开关电源中的热插拔功能可实现电源保护，确保通信接口连接过程中，系统能够达到运行要求[6]。

4 结 论

围绕大功率高频开关电源节能技术的运用开展系统化研究，能够解决我国电力能源短缺、资源浪费的问题。在节能技术运用背景下，大功率高频开关电源的能源运行效率有较大提高，有效降低了企业设备运行成本，可帮助相关产业增强核心竞争力。在后续工作中，企业需加大对此类电源运用的重视程度，以此为可持续建设目标的达成提供支持。