淺談現代電力電子及低壓電源技術的發展

張錦鵬

摘 要：機電一體化、智能化、自動化都要以電力電子為基礎，電力電子自出現以來，發展非常迅速，應用范圍非常廣泛，并取得了良好的社會效益和經濟效益。本文簡要分析了電力電子技術的發展及其應用范圍，并探討了低壓高頻開關電源的技術發展。

關鍵詞：低壓電源技術；電力電子；自動控制

電力電子技術發展非常迅速，具有廣闊的發展前景。現代電源技術是一種多學科的邊緣交叉技術，其集成了電子技術、計算機微處理器技術、綜合自動控制和電力電子半導體器件。低頻技術處理逐漸向低壓高頻技術處理的方向發展，從而不斷推動電力電子技術的發展。

1 電力電子技術的發展歷程

20世紀五六十年代開始出現電力電子技術，具體表現為硅整流器件的出現。上世紀八九十年代開始進入現代電力電子時代，具體表現為功率半導體復合器件的出現，其具有大電流、高壓、高頻的特點。電力電子技術的發展經歷了3個時代階段；最初的整流器時代、逆變器時代以及上世紀80年代之后的變頻器時代。

由于80年代之后超大規模、大規模的集成電路技術的發展，現代電力電子技術發展非常迅速，能夠將高壓大電流技術、電路技術的精細加工技術結合起來，產生了一批新的全控型功率器件，包括功率MOSFET和IGBT。新型器件極大地提高了交流電機變頻調速的性能，推動了現代電子技術的發展[1]。

2 現代電力電子的應用領域

2.1 通信用高頻開關電源

通信電源推動了通信業的高速發展，供電系統積極應用低壓高頻小型化開關電源。通信領域中的一次電源主要指的是整流器，二次電源主要指的是直流-直流（DC/DC）變換器，通過一次電源可以對三相交流電網或單相交流電網進行轉化，使其成為直流電源。低壓高頻開關已經完全取代了通信領域中的相控式穩壓電源。

由于通信設備中需要用不同種類的集成電路造成了電源電壓的不同。為了進一步減小損耗，可以使用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊，其具有安裝、維護便利的優點。通信電源的容量也會隨著通信容量的增加而增加[2]。

2.2 計算機高效率綠色電源

計算機技術發展非常迅速，全面使用了開關電源，從而進入了電子電氣領域。計算機技術對綠色電源和綠色電腦有著一定的要求，要求使用高效省電的綠色電源。綠色電源能夠極大的降低電源消耗、提高電源效率，臺式電腦及其相關的外圍設備在睡眠狀態下的耗電量不得高于30W。

2.3 不間斷電源

通信系統和計算機等領域要求電源能夠具有高性能和高可靠性，從而催生了不間斷電源。經整流器能夠將交流電變成直流，一部分能量通過逆變器變為交流，另一部分能量存儲在蓄電池組中，轉換開關會將交流送到負載之中。運用電源轉換開關作為另一路備用電源，即使逆變器出現故障，負載仍然能夠得到相應的能量。現代電力電子器件IGBT、功率MOS-FET，以及脈寬調制技術在現代不間斷電源中都得到了廣泛的應用，進一步提高了不間斷電源的可靠性和效率，降低了電源的噪聲。而且運用微處理器軟硬件技術還能夠實現遠程診斷和遠程維護，對不間斷電源進行智能化管理。

2.4 變頻器電源

作為交流電機的變頻調速，變頻器電源是電氣傳動系統的一個重要組成部分，具有良好的節能效益。使用交流-直流-交流方案作為變頻器，整流器會對工頻電源進行轉化，使其成為直流電壓，并由PWM高頻變換器、大功率，晶體管對直流電壓進行逆變，完成交流輸出。例如日本某公司就在空調器中率先用了交流變頻調速技術，并取得了良好的應用效果，該變頻空調具有節能、舒適的優點[3]。

2.5 高頻逆變式整流焊機電源

作為一種高效、高性能的焊機電源，高頻逆變式整流焊機電源具有廣闊的發展前景。一般情況下，交流-直流-交流-直流是逆變式變焊機電源的主要變換方式。運用全橋整流可以將50Hz交流電轉變為直流，直流電可以通過PWM高頻變換部分轉化成為高頻矩形波，使用高頻變壓器對其進行耦合，使其成為穩定的直流。對濾波器及整流之后，濾波就會成為穩定的直流。由于焊機電源具有比較惡劣的工作環境，因此必須不斷提高高頻逆變式整流焊機電源的可靠性。如果脈沖寬度調制的相關控制器選擇微處理器，則可以對系統的工作狀態進行預知。

2.6 大功率開關型高壓直流電源

在CT機、醫用X光機、水質改良、靜電除塵等方面都要用到大功率開關型高壓直流電源，其功率一般能夠超過100kW電流能夠超過0.5A，電壓為50-159 kV。通過逆變技術能夠使市電整流成為中頻， 該技術發展非常迅速，研制了靜電除塵高壓直流電源。主要是通過整流將市電變為直流，直流電壓通過諧振逆變電路和全橋零電流開關的串聯，能夠成為高頻電壓，通過升壓之后得到直流高壓。

3 低壓高頻開關電源技術的發展

開關電源是電力電子技術的核心內容，隨著低壓高頻開關電源技術的出現與發展，開關電源的重量等于減輕，體積也得到縮小，而且電源的利用效率得到了極大的提高。開關電源能夠對變頻傳動和電動汽車中的用電頻率進行改變，使驅動控制和負載匹配達到理想的狀態。低壓低高頻開關電源技術的發展趨勢為高頻化、模塊化和數字化。高頻化指的是將頻率提高，從而降低用電設備的體積和重量。根據該原理能夠將直流電源改造成為開關變換的電源，達到節電、節約材料的目的，同時也能夠有效地提高功率電子器件的工作頻率上限。模塊化指的是電源單元和功率器件的模快化，以芯片的形式在一個模塊中安裝一臺整機的所有硬件，從而對系統進行有效的優化。數字化指的是將數字電路、數字式信號技術引進電力電子技術。

4結語

隨著時代的發展和相關技術的進步，電力電子及低壓電源技術也在不斷向前發展，不僅其產品不斷更新換代，而且其應用領域也在不斷拓展，高品質用電、高效率用電成為電子及低壓電源技術成熟的重要標志。當前我國正在積極運用開關電源對傳統的相控電源和線性電源進行代替，積極推動電力操作電源系統市場的發展與成熟。

參考文獻：

[1]薛玉翠，盛桂敏，李美麗，等.應用型人才培養模式下“電力電子技術”實踐教學改革研究[J].科技與企業，2015（24）.

[2]郭建.電力電子技術在新能源領域的應用研究[J].科技與企業，2015（24）.

[3]葛海亮，陳雨晴.電力電子技術在電力系統中的應用[J].黑龍江科技信息，2015（36）.