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电力电子技术在开关电源中的应用浅析

作者:未知

  摘 要 在社会诸多领域,电源技术都有着广泛运用,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勢,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。
  关键词 电力电子技术;开关电源;应用
  1 概述
  1.1 电力电子技术
  电力电子技术包括电力元件制造技术和电子电路的变流技术。电力电子技术的发展经历了第一代半控型电力电子技术,第二代全控型电力电子技术和第三代复合型电力电子技术,目前电力电子技术的主要发展方向是小功率的集成电路。小功率的集成电路技术把驱动、控制和功率器件技术综合在一起,最大的优点是能够降低功率。随着自关断器件的应用,高频化成为电力电子技术的发展方向。电力电子的控制技术在新阶段的应用还包括无功功率控制和神经元控制等方面,目前,在电力电子控制技术中,传统的模拟控制已经不能满足电力电子技术发展的需要,取而代之的则是微处理器的数字控制技术。
  1.2 基本原理
  开关电源作为人们日常生活中比较常用的设备,也有着不同的类型,我们将其分成变换电能的电源以及发出电能的电源两种类型。严格来说,自然界并没有能够直接利用的电源,所以这就需要通过转换器进行转换,才能使电能得到有效的利用,而这一能够将能源得到有效转变获得的电源就是付出电能的电源。很多时候这一电源并不能直接的被应用,还要通过变压器等电力设备进行电压的转换,这样才能被实际的应用。开关电源是变换电能的电源,开关电源的工作原理就是在电进入到电源之后,就要经过整流以及滤波进行转为高压直流电,在开关电路以及高频开关变压器作用下,进行转变为高频低压脉冲,最后就能够输出低电压直流的电源。一般开关电源主要由功率回路和控制回路组成[1]。
  2 电力电子技术在开关电源中的应用
  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。
  2.3 计算机高效率绿色电源
  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[2]。
  3 开关电源的发展趋势
  开关电源逐渐朝着高频、高可靠、低耗和低噪声等方向发展,不断地提高自身的抗干扰性和模块化性。就现如今市场中的开关电源,主要是利用双极性晶体管制作而成的,需要进一步的提高其频率,并且也要提高开关频率,通过高速开关元器件的运用达成。为了有效保证开关电源的效率,需要不断减少开关的损耗。在提高开关速度之后,电源电路中的电感和电容以及二极管中的储存电荷会受到影响,从而产生浪涌或是噪声。
  4 结束语
  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] 谢晨.电力电子技术在开关电源中的应用研究[J].商品与质量, 2017,(19):92.
  [2] 曲子君.电力电子技术在开关电源中的应用研究[J].化工管理, 2016,(9):129.
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