關(guān)于電力電子技術(shù)在開關(guān)電源中的應(yīng)用分析

邱天宇

（長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林長春，130000）

隨著半導(dǎo)體以及信息技術(shù)的有效推進(jìn)，電力電子技術(shù)得以全面發(fā)展，同時(shí)帶動(dòng)著開關(guān)電源的發(fā)展，從低頻轉(zhuǎn)向高頻，由整體化轉(zhuǎn)到模塊化，運(yùn)行的能源消耗不斷減少。比如，高頻開關(guān)電源，其能夠?qū)⒔涣鬏斎氲碾娏?，給轉(zhuǎn)化成為相應(yīng)的直流輸出。利用大功率開關(guān)元件，對直流高壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其成為方波，再把方波電壓，轉(zhuǎn)化為低壓，輸出穩(wěn)定的直流電壓，在開關(guān)電源中，被廣泛的應(yīng)用。

1 現(xiàn)代電力電子的發(fā)展現(xiàn)狀

從技術(shù)的功能角度來說，利用電力電子器件，變換以及控制電能，發(fā)揮著重要的作用。其具有整流、逆變斬波等功能作用，能夠使工頻電能，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電能，滿足不同需求，適應(yīng)用電裝置的各類需求。在國民經(jīng)濟(jì)中，電力電子占據(jù)重要的位置。為提高電能的利用率，發(fā)達(dá)國家電能的75%都是利用電力電子技術(shù)，進(jìn)行變換或者控制再進(jìn)行使用。然而我國當(dāng)前經(jīng)過變換或者控制后使用的電能占比較少，只有30%左右，尚未發(fā)揮電力電子技術(shù)的應(yīng)用效果。

從產(chǎn)品角度來說，電力電子裝置具體包括變頻器裝置、電能質(zhì)量類產(chǎn)品、電子電源產(chǎn)品。比如SVC，其是使用晶閘管作為基本器件的固態(tài)開關(guān)，取代了電氣開關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)電抗器以及電容器的快速反復(fù)控制，轉(zhuǎn)變了輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納。電力電子技術(shù)發(fā)展的整個(gè)流程，具體如下：（1）整流器時(shí)代。（2）逆變器時(shí)代。（3）變頻器時(shí)代。現(xiàn)代電力電子技術(shù)，集成了精細(xì)加工技術(shù)以及高壓大電流技術(shù)，涌現(xiàn)了系列全控型功率器件，比如MOSFET以及IGBT等，逐漸取代傳統(tǒng)電力電子[1]。

2 電力電子技術(shù)在開關(guān)電源中的應(yīng)用

2.1 高頻開關(guān)電源

從通信電源的發(fā)展角度來說，其推動(dòng)著通信業(yè)的快速發(fā)展，供電系統(tǒng)推廣使用低壓高頻小型化開關(guān)電源。在通信領(lǐng)域中，所說的一次電源，具體為整流器，而二次電源則為DC/DC變換器。實(shí)際應(yīng)用中，使用一次電源，能夠?qū)崿F(xiàn)對三相交流電網(wǎng)的轉(zhuǎn)化，或者單相交流電網(wǎng)的轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化為支流電源。隨著技術(shù)的發(fā)展，低壓高頻開關(guān)全面替代相控式穩(wěn)壓電源。從通信設(shè)備使用角度來說，所需的集成電路不同，因此使用的電源電壓也不同?？紤]到節(jié)能，使用具有高功率密度特點(diǎn)的高頻DC-DC隔離電源模塊，提高安裝以及維護(hù)的便捷性。一般來說，通信容量的增加，會(huì)帶動(dòng)通信電源容量的增加。從使用的角度來說，由于開關(guān)電源不斷小型化，那么開關(guān)必須高頻化。因此，其基波自身能夠構(gòu)成干擾源，產(chǎn)生較強(qiáng)的傳到干擾波，在改進(jìn)元器件，提高開關(guān)高頻化的同時(shí)，極易受到輻射干擾波的影響，產(chǎn)生超標(biāo)準(zhǔn)值的雜散信號。信號能夠構(gòu)成EMI，被干擾對象一般為無線電通信。從開關(guān)電源工作角度來說，處于高頻開關(guān)狀態(tài)，極易產(chǎn)生高電流和電壓變化率，使得電源產(chǎn)生一定的電磁干擾，進(jìn)而造成電網(wǎng)污染和電磁污染等?；诖耍枰扇∫种拼胧?，比如，采用濾波器抑制電磁干擾技術(shù)。濾波能夠有效抑制電磁干擾，抑制電網(wǎng)中電磁干擾進(jìn)入設(shè)備，并且能夠抑制設(shè)備中的電磁干擾進(jìn)入電網(wǎng)。通過在開關(guān)電源輸入以及輸出電路中，布置開關(guān)電源濾波器，來解決傳導(dǎo)干擾問題以及輻射干擾問題等。常用的濾波抑制技術(shù)，包括無緣綠波技術(shù)以及有源率濾波技術(shù)，具體應(yīng)用時(shí)，要合理選擇，保證處理效果[2]。

2.2 計(jì)算機(jī)高效率綠色電源

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)著開關(guān)電源的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)入了電子電氣領(lǐng)域。從計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用角度來說，其對綠色電源以及綠色電腦，有著較高的要求，比如使用的綠色電源，不僅要高效，而且要省電。從綠色電源實(shí)際應(yīng)用效果來說，能夠減少電源運(yùn)行的能源消耗，提高電源運(yùn)行效率，使得臺式電腦以及配套設(shè)備，處于休眠的狀態(tài)時(shí)，耗電量不會(huì)超過30W。從綠色電源發(fā)展來說，市場上已經(jīng)出現(xiàn)能夠有效減少PC以及筆記本電腦功耗的全新綠色電源管理方法，以NXP為例，推出了GreenChip PFC芯片、GreenChip同步整流控制器和一系列LFEPAK封裝的30V功率MOSFET器件產(chǎn)品組合。通過使用綠色芯片，提高電源芯片的智能化水平，實(shí)現(xiàn)終端產(chǎn)品的節(jié)能。通過整合芯片的高壓SOI制程以及GreenChip方案，使得電源的PFC能夠最大程度上發(fā)揮其效率。使用二段式PFC輸出精準(zhǔn)的電壓，適用于全電壓輸出，提高了能效。除此之外，使用低/零位電壓開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了最低開關(guān)損耗。使用GreenChip同步整流控制器，取代傳統(tǒng)的二極管整流電路，提升芯片設(shè)計(jì)水平，使得電源中同步整流的實(shí)現(xiàn)更加便捷，并且能夠和部分電源控制芯片兼容，性能更加穩(wěn)定。從產(chǎn)品的使用效果來說，具有較強(qiáng)的節(jié)能性[3]。

2.3 直流-直流變換器

2.3.1 不間斷電源使用GC/DC變換器，能夠把固定的直流電壓，給轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂锌勺冃缘闹绷麟妷海M(jìn)而滿足無軌電車以及地鐵等的需求，保證平穩(wěn)加速，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，并且能夠節(jié)約電能。在實(shí)際應(yīng)用中，UPS即不間斷電源，隨著計(jì)算機(jī)以及通信系統(tǒng)等的發(fā)展逐漸被應(yīng)用，能夠滿足不中斷場所的電源要求。不間斷電源的使用，不僅可靠性強(qiáng)，而且性能較高。從現(xiàn)用的UPS來說，使用了脈寬調(diào)制技術(shù)手段，結(jié)合使用了現(xiàn)代電力電子期間，比如功能MOSFET等，引入了微處理器軟硬件技術(shù)手段，強(qiáng)化了對UPS運(yùn)行的智能化管理。隨著互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，轉(zhuǎn)變了人們的生活，人們對網(wǎng)絡(luò)以及手機(jī)的依賴性不斷增加，人們對UPS的需求和要求不斷增加，比如在手機(jī)終端上查看UPS的狀態(tài)等。在多樣化需求的驅(qū)動(dòng)下，UPS電源將會(huì)朝向智慧化方向發(fā)展。目前，市場上已經(jīng)推出智慧UPS，利用網(wǎng)絡(luò)通信，能夠?qū)崿F(xiàn)UPS和電腦的通信，并且兼容了MODBUS/RS485/RS232協(xié)議?；谟脩舻纳暇W(wǎng)需求，部分產(chǎn)品提供了雙網(wǎng)口，并且自帶網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能，一臺UPS能夠同時(shí)滿足電腦以及自身的上網(wǎng)需求。在實(shí)際應(yīng)用中，利用手機(jī)終端APP，能夠?qū)崿F(xiàn)對電腦以及UPS電源的遠(yuǎn)程管理，不僅能夠動(dòng)態(tài)查看UPS運(yùn)行的實(shí)際情況，掌握用電的實(shí)際情況，并且能夠提供斷電預(yù)警服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程電腦以及電源開關(guān)機(jī)的遠(yuǎn)程操控。除此之外，利用云計(jì)算系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)獲取統(tǒng)計(jì)UPS電源的運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)的分析以及處理，能夠精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)用電問題以及設(shè)備故障，提高了電源使用的體驗(yàn)感。

2.3.2 變頻器電源

從電源使用角度來說，使用的變頻器電源，能夠用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速，比如空調(diào)電源。在具體應(yīng)用的過程中，變頻器電源作為電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部分，在節(jié)能運(yùn)行方面，有著較大的優(yōu)勢，獲得了不錯(cuò)的節(jié)能效益。采用交流-直流-交流方案，作為變頻器，使用整流器能夠?qū)崿F(xiàn)對工頻電源的高效轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化為直流電壓，結(jié)合使用PWM高頻變換器以及大功率晶體管，對直流電壓進(jìn)行相應(yīng)的處理，比如逆變，進(jìn)而完成交流輸出。隨著變頻技術(shù)的應(yīng)用，使得變頻器電源逐漸被推動(dòng)應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，不僅能夠達(dá)到節(jié)能的要求，還能夠提供優(yōu)質(zhì)的電源服務(wù)[4]。

2.3.3 高頻逆變式整流焊機(jī)電源

從開關(guān)電源發(fā)展的角度來說，高效和節(jié)能是主要特點(diǎn)。目前，市場上使用的焊機(jī)電源，部分能夠達(dá)到高效以及節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，就發(fā)展的前景來說，高頻逆變式整流焊機(jī)電源具有不錯(cuò)的發(fā)展前景。就電源使用方法來說，采取的是交流-直流-交流-直流。在實(shí)際應(yīng)用中，使用全橋整流的方式，把50Hz交流電，給轉(zhuǎn)化為直流電。使用PWN高頻變換，將直流電給轉(zhuǎn)換為高頻矩形波。借助高頻變壓器裝置，進(jìn)行耦合處理，使其成為具有較強(qiáng)穩(wěn)定性的直流。通過整流處理后，使得濾波被轉(zhuǎn)化為具有穩(wěn)定性的直流。從實(shí)際使用角度來說，焊機(jī)電源所處的環(huán)境較為惡劣，對電源的穩(wěn)定性和可靠性，有著較高的要求。基于此，要做好有效的把控，合理選擇微處理器，預(yù)測系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決問題。

2.3.4 大功率開關(guān)型高壓直流電源

從當(dāng)前大功率開關(guān)型高壓直流電源實(shí)際需求角度來說，在CT機(jī)和醫(yī)用X光機(jī)等方面，都能夠應(yīng)用。一般來說，電源的功率大于100kW、電流大于0.5A、電壓處于50kV-159kV范圍內(nèi)。借助逆變技術(shù)，可以使得市電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l。從技術(shù)發(fā)展的角度來說，推出了靜電除塵高壓直流電源。就電源使用實(shí)際來說，采取整流措施，把市電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?。利用諧振逆變電路以及全橋零電流開關(guān)的串聯(lián)，進(jìn)而將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l電壓。完成后，經(jīng)過升壓，成為直流高壓[5]。

3 結(jié)束語

綜上所述，在開關(guān)電源中，電力電子技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)揮著積極的作用。目前，常用的基于電力電子技術(shù)的開關(guān)電源，具體包括高頻開關(guān)電源、計(jì)算機(jī)高效率綠色電源、直流-直流變換器，朝向智慧化、節(jié)能化等方向發(fā)展。