电力电子技术在开关电源中的应用

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摘要：电力电子技术的日新月异的发展，也促进开关电源技术由低频到高频，由整体化到模块化，由高能耗向低能耗发展。本文结合电力电子技术的发展，对其在开关电源中的应用进行分析。

关键词：电力电子；开关电源；应用

1绪论

着半导体和信息技术的推进，电力电子技术的发展带动开关电源由低频向高频，整体化到模块化，由高能耗向低能耗进行技术转变。高频开关电源作用为将交流输入的电流转化为合适的直流输出。经过大功率开关元件，如金属—绝缘体—半导体管等组成的逆变电路，将直流高压转换成方波，之后将方波电压由高压降低为低压，最后输出稳定的直流电压，在现代开关电源的应用中得到极大推崇。高频开关电源主要特点如下：

1.1质量低、体积小。

高频技术可以不使用工频变压器，使质量和体积减少90%。

1.2功率系数大。

随着可控硅导通角的变化使相变整流器的功率系数变化，负载较小时，系数较小，可以达到0.3；完全导通时可以使系数达到0.69以上。

1.3噪声弱。

开关电源噪声只有45db左右，较工频变压器以及滤波电感在相控整流设备中的噪声降低30%。

1.4效率高。

减少开关瞬间消耗，而且由于整机的功率因数补偿，可以使效率达到90%以上。

1.5结构模块化。

模块式结构可以便于整个开关的设计和研发，降低成本。

2现代电力电子的应用领域

高频开关电源能通过大功率晶体管如IGBT等进行运行，使频率限制在区间60~110kHz。并且整流器功率容量也增大到48V/400A以上。大规模集成电路的突飞猛进更是促进电源模块体积的减小，从而进一步增加电源的功率密度，以实现开关电源的高效化和微小化。整体科技的进步需要计算机和通信设施具有更高的性能和稳定性，UPS不间断电源便顺时而出。输入它的交流电经过整流器转换为直流输出，一部分流入电池给其充电，另一部分经过逆变器、转换开关等元器件到工作设备。不间断电源使用脉宽调制技术和大功率IGBT，降低噪声强度，提高电源利用效率和系统稳定性。变频器主要在电气传动系统中用于交流电机的变频调速，具有节能环保作用。它的电源经过大功率晶体管和高频变换器将电压转换为交流输出，其电压和频率可变，功率可以超过110kW[1]。通过模块科学堆积、程序智能控制、神经网络控制等现代高新技术实现强电和弱电有效结合，降低大功率设备的研发成本和研发难度，并且可以极大的提升生产效率，实现环保节能、经济高效、系统稳定的卓越性能。

3电力电子技术在开关电源中的应用

3.1软开关技术

IGBT功率器件控制的PWM电源可以克服传统大功率电源逆变主电路结构的高耗能问题，是能耗降低30%~40%。软开关技术采用谐振原理，克服传统电路使用缓冲电路消除电压尖峰和浪涌电流问题，从而使系统趋于简单，降低故障发生的可能性。传统电路在开关启动和关闭的瞬间会产生极大的电流和电压，瞬间产生的电压无法有效利用，从而增加能耗。谐振电路可以吸收高频变压器中电感以及电容等，降低晶体管等元件的压力，从而提高电源的利用率和稳定性。

3.2同步整流技术

同步整流技术时在软开关的基础上进一步提升效率的技术，它通过作整流开关二极管的金属绝缘体~半导体管反接，适用于低压、大电流的电源上。同步电流通过零电压开关和零电流开关，它们驱动同步整流的脉冲信号与初始的脉冲信号联动，将其上升沿超过原来的上升沿，降低延迟以实现金属~氧化物半导体场效应晶体管和零电压开关方式。

3.3控制技术

主电路的设计必须满足开关变换器的结构不同、离散非线性的特点，因此开关电源要使用多路控制。开关电源的动态性可以通过电子运动和时间周期的增减来控制实现，开关电源的智能性可以通过基因算法~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的速度巨大提升，微机或者DSP应用到大功率开关的数字模块的实现更加促进电源数字化和高效化的实现。

3.4功率半导体

MOSFET和IGBT半导体器件的研发，使开关电源的高效利用能源的能力又得到极大的飞跃，两种晶体管的内部电阻都很小，驱动功率需求低，最重要的是能耗极其小。结合同步整流技术和控制技术，将高频化开关电源的实现向前推进了极大的一步。

4结语

电力电子技术在开关电源中的应用会随着技术的不断进步转向更加广泛的应用，高频化、模块化、智能化、节能化等必然成为其未来的应用方向。高频开关技术的应用更是标志着电子电力技术在开关电源上应用的成熟，相信不远的未来，电力电子在开关电源中的应用会进一步的突破。

参考文献：

[1]杨威,卢俊.电力电子技术在高频开关电源中的应用[J].城市建设理论研究,2012(36).

[2]王予倩.电力电子技术的发展及其在开关电源中的应用[J].四川电力电子,2005,28(5):45~47.

[3]王新和,许建新.现代电力电子技术在电源中的应用是今后发展的必然趋势[J].治黄科技信息,2006(3):10~12.

作者：曲子君 单位：沈阳理工大学