開關電源的應用及發展

【摘 要】開關電源是現代電力電子設備中不可缺少的組成部分，因此得到了廣泛的關注。本文介紹了開關電源的發展現狀，并指出其發展趨勢。

【關鍵詞】開關電源 現狀 發展趨勢

前言

電源是對公用電網或某種電能進行交換和控制，并向各種用電負載提供優質電能的供電設備和動力裝置。因此，電源的應用十分廣泛，已深入到每個人的生產和生活領域。

直流電源應用很廣泛，尤其在軍事、醫療和煤礦等領域應用更為頻繁。傳統的直流電源往往采用線性電源技術，但是這種結構形式造成電源整體效率偏低，性能一般，體積較大，重量沉。因此，直流電源傾向于采用開關電源技術，使得直流電源變得效率高、性能更好、體積小、重量輕。據業內咨詢機構統計，在2009年全球開關電源的市場規模都已達到160億美元，并隨著電力電子技術的高速發展，更促進了開關電源技術的快速發展和提高，應用領域也越來越廣泛，在整個電源領域中開關電源所占據的比重愈來愈大。

1. 開關電源的現狀

開關電源技術屬于電力電子技術，它運用功率變換器進行電能變換。經過變換的電能，可以滿足各種用電需求。當負載需要高要求的直流供電時，其供電電源采用開關電源。

開關電源具有功率轉換效率高、穩壓范圍寬、重量輕等特點。開關電源由于采用大功率開關管的高頻整流技術，不但可以方便地得到不同等級的電壓，更重要的是甩掉了體積大、笨重的工頻變壓器及濾波電感電容。在傳統開關電源中，由于功率器件工作在開關狀態，器件常在高電壓下開通，在大電流下關斷時，也存在著一些問題，如射頻干擾和電磁干擾大、開關損耗大、輸出紋波大、器件的安全工作區窄、電路對分布系數比較敏感等缺點。隨著電力電子技術的發展，特別是功率器件的更新換代、功率變換技術的不斷改進、新型電磁材料的不斷使用、控制方法的不斷進步以及相關科學的不斷融合，開關電源的缺點正逐步得到克服，射頻干擾和電磁干擾已經被抑制在一個很低的水平上，輸出紋波可以達到幾毫伏以下。因此，開關電源是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。

2. 開關電源的發展趨勢

開關電源的許多方面的運用已經趨于成熟，將來的發展趨勢是高頻，高可靠性，高性能，低耗，低噪聲，模塊化。文獻介紹了功率的增加必然導致電源內部電磁環境的復雜，由此所產生的各種電磁干擾對電源本身和附近的其他電子設備的正常工作帶來了嚴重的影響，即既是干擾源，又是被干擾者。電磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，簡寫EMC）設計的目的是使開關電源在預期的電磁環境中實現電磁兼容。電磁兼容問題已成為當前研究的熱點，一些發達國家已有EMC技術的規范和標準。我國雖然在EMC方面工作起步較晚，有關部門也正頒布相關指令，跟上國際步伐。

開關電源也對功率器件提出了更高的要求：耐壓高、電流大、導通電阻小，恢復速度快。由于金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）具有很快的開關速度，因此開關電源的開關頻率可以做得更高，重量更輕，功率密度更大，電源體積更小。提高器件耐壓，同時減小導通電阻仍是今后MOSFET的主要研究方向。開關電源的性能指標，如紋波、精度、久沖、過沖等受到功率鐵氧體材料技術及功率器件性能的限制，與電源發達國家還有很大的差距，

開關電源高頻化是其發展方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用。另外開關電源的發展與應用在節約能源、節約資源及保護環境方面都具有重要的意義。但是高頻化存在一些新的問題有待解決，如開關損耗、無源元件損耗增大、高頻寄生參數及高頻電磁干擾增大等。

綜上，開關電源的發展從來都是與半導體器件及磁性元件等的發展休戚相關。高頻化的實現，需要相應的高速半導體器件和性能優良的高頻電磁元件。發展功率MOSFET等新型高速器件，開發高頻用的低損磁性材料，改進磁元件的結構及設計方法等，對于開關電源的發展有著巨大的推動作用。

3. 結束語

總的來說，在電力電子技術的不斷發展與創新的背景下，開關電源技術在理論方面將取得更大的突破，其產業方面也有著廣闊的發展前景，開關電源技術也更將趨于可靠、成熟、經濟、適用。

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