電力電子技術在開關電源中的運用

吳重重

摘 要：現如今全世界的能源消耗逐年遞增，而電力能源在所有能源中所占的比例大約是40%，而在電力能源之中，經過電力電子設備轉換的電力能源也占有40%，根據現代電力能源的增長速度，電力電子設備的電子能源轉換預計達到80%，所以在二十一世紀中電力電子技術所發揮的作用將越來越大。本文主要在電力電子技術的發展基礎上，將其應用到開關電源內，分析其原理和發展的趨勢。

關鍵詞：電力電子；開關能力；運用

電力電子技術主要是控制和轉換電能的學科，通過電力電子器件的利用來展開相關的電力電子技術運用。電力電子技術主要包括有三個部分：第一部分是電力電子器件，第二部分是變流電路，第三部分是控制電路，而電力電子技術也是電力、電子和控制三大電氣工程技術領域的交叉，作為融合三大技術領域的學科，隨著社會的進步和科學技術的發展，電子電力技術與現代控制理論之間的聯系更加緊密，與材料科學和電機工程以及微電子技術等領域聯系密切，因此作為一門綜合性的技術學科，能夠發揮多門學科共同的作用。

1 電力電子技術的廣泛應用

電力電子技術作為一門學科，具有高技術性，并且在社會中的應用較為廣泛，能夠有效地減少社會環境污染，起到節能和改善工作條件的作用，在傳統工業中的運用十分普遍，例如電力產業、機械產業和化工產業等。隨著社會的進步，電力電子技術在高新技術產業中的運用也十分廣泛。以下主要探討了電力電子技術的運用。

1.1 高壓直流輸電

直流輸電的技術性較強，具有許多的優勢：

①有效實現非同期電網互聯，不會出現系統穩定問題；②有效限制了短路電流；③不存在電容充電電流；④線路的功率損耗較小；⑤高壓直流輸電輸送相同的功率的時候，線路造價比較低；⑥擁有較快的調節速度；運行可靠；⑦在海下輸電中比較合適。

隨著不斷提高大功率電子器件的開斷能力，不斷出現新的大功率電力電子器件，并且投入到市場當中使用，逐漸地改善高壓直流輸電設備的性能，簡化設備器件的結構，有效的減少換流站的面積，還能夠降低工程造價。例如可關斷的和MOS控制的晶閘管，以及絕緣門極、雙極性三極管等。

1.2 柔性交流輸電系統

隨著柔性交流輸電技術的不斷快速發展，電力電子技術和控制理論以及通訊技術的發展已經成為一種趨勢，為FACIS的發展創造了條件，因此我們可以利用IGBT等可關斷器件組成的FACTS原件，對系統參數進行快速、平滑的調節，改變系統的潮流分布。

1.3 電力諧波治理

在電力系統諧波當中，最理想的治理方式是有源濾波，主要是利用可控的功率半導體器件在電網中注入原有諧波電流幅值相等的電流，或是相位相反的電流，使得電源總諧波的電流為0，有利于實現實時補償諧波電流。而隨著電能質量治理工作的不斷深入，有源濾波器主要以瞬時無功功率理論作為基礎，展開諧波治理的市場將會擴大。

1.4 不間斷電源

不間斷電源可以簡稱為UPS，主要是保證電力自動化系統的安全可靠運行，能夠在計算機和通信系統之中，提供不中斷場合的高可靠和高性能的電源。現代的不間斷電源主要是采用脈寬調制技術和功率MOSFET和IGBT等現代電力電子器件，能夠有效降低電源噪聲，從而提高效率和可靠性。

2 電力電源技術在開關電源中的運用

開關電源主要是為了維持穩定輸出電壓，通過現代電力電子技術，控制公路半導體器件的開通和關斷時間比率。開關電源與線性穩壓電壓相比，開關電源具有一定的優勢，主要有體積小和效率高以及重量輕等優點，因此在電子設備中得到了廣泛的運用。二十世紀末期開關電源在電子和電氣設備領域中的運用逐漸增加，在通信、電子檢測設備和控制設備電源等領域展開廣泛的運用，有利于開關電源技術的快速發展，但是開關電源也有一些缺點，主要有開關電源的電路比較復雜，容易受到射頻和電磁干擾。但是隨著科學技術的進步，開關電源的缺點正在不斷被克服。在開關電源中征集電路可以分為主電路和控制電路兩種，而在主電路中，包含三個環節：首先是輸入整流濾波；其次是功率轉換；最后是輸出整流濾波。主電路主要有將電網能力傳遞給負載的功能。而結構框圖除了主電路外為控制電路，主要是為了保護電路正常的工作。

2.1 開關電源的分類

①可以根據輸入和輸出的類型，將開關電源分為DC/DC和AC/DC變換器兩種。②可以通過驅動方式的不同將開關電源分為自勵式和他勵式兩種。③可以根據控制方式的不同，將開關電源劃分為三種：一是脈沖寬度調制式（PWM）；二是脈沖頻率調制式（PFM）；三是脈沖寬度調制式和脈沖頻率調制式混合。④依據電路組成可以將開關電源分為諧振型和非諧振型。

除了以上四種分類，還可以將開關電源分為單端正激式和單端反激式；推免式和降壓式、升壓式或者升降壓式等。

2.2 開關電源的發展趨勢

開關電源逐漸朝著高頻、高可靠、低耗和低噪聲等方向發展，不斷地提高自身的抗干擾性和模塊化性。就現如今市場中的開關電源，主要是利用雙極性晶體管制作而成的，需要進一步的提高其頻率，并且也要提高開關頻率，通過高速開關元器件的運用達成。為了有效保證開關電源的效率，需要不斷減少開關的損耗。在提高開關速度之后，電源電路中的電感和電容以及二極管中的儲存電荷會受到影響，從而產生浪涌或是噪聲。因此為了有效地控制浪涌，需要對不同的情況進行分析，利用R-C或是L-C的緩沖器和非晶態等磁芯制成的磁緩沖器以及諧振式。諧振式開關在進行浪涌控制的時候，能夠有利于降低損耗。

為了追求開關電源的高頻化，可能會導致噪聲的增加，因此需要采用諧振轉換電路技術，在實現高頻化的同時降低噪音，但是還存在實用化方面的問題，因此需要展開不斷的研究。

3 結語

本文主要分析了電力電子技術在開關電源中的運用，電力電子技術在能源、環保和生命科學以及材料方面都有效的運用，在每一個領域當中都發揮了極其重要的作用。電力電子技術作為重要的科技支撐，在經濟的各個領域中都得到了廣泛的運用，擁有十分美好的發展前景。

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