電源技術的應用研究與發展趨勢

賈高松

摘 要：在整個電路設計中，電壓設計至關重要，是核心性的內容，關乎電路的可靠性與穩定性。本文全面分析了電源技術的發展進程，對線性電源和開關電源進行了原理性的分析，探討了二者之間的不同，對發展趨勢進行了展望，明確了綠色電源的發展潛力。

關鍵詞：電源技術；應用；發展趨勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.071

1 全面介紹電源技術的發展歷程

對于電源而言，類型較多，在形狀和尺寸方面都存在諸多差異。根據不同的電源電路工作實際，主要是由線性電源和新型開關電源構成。線性電源發展時間久遠，尤其是在集成電路和計算機面世之前，是主流電源類型。線性電源的組成為變壓器、二極管以及濾波電容器。線性電源的效率不高，發熱明顯。線性電源經濟性突出，便于制作維修，應用廣泛。對于開關電源，主要應用在電子產品行列。

其復雜性十分突出，但是，在供電方面優勢明顯，滿足較大電流的需要同時，能夠適應多路電壓的環境，其所提供的電流明顯大于線性電源。同時，鑒于行業競爭的激烈，開關電源能夠以低價方式獲取。開關電源效率較高，工作時的溫度較低，重量較輕。但是，會產生一定的噪音，因此，在設計的時候，要實現電源主體與設備的隔離。開關電源的不足之處是部件較多，維修難度較大，同時，需要加載電源，以實現電源的產生和輸出。

2 全面進行線性和開關電源的對比

2.1 對線性電源的介紹

線性穩壓電源應用較早。在整個線性電源中，其主要構成為變壓器、濾波器、控制電路以及保護電路。在發生作用的過程中，在變壓器作用下，線性電源線將交流市電進行變壓，發揮濾波器的作用，獲取不穩定的支流電壓，在反饋的功能下調整輸出電壓，形成高精度的支流電壓。這種技術具有較高的成熟性，穩定性突出，不會產生較大的波紋，同時，避免干擾和噪音的出現。但是，變壓器、濾波電容以及重量都較大，電源反饋電路會促使調整管產生電壓降，在遇到較大電流的時候，調整管會出現較大程度的功耗，影響轉化效率，需要散熱片給予支出，因此，與計算機設備不相適應。

2.2 對開關電源的介紹

開關電源的主要構成為輸入電路、變換器、控制電路以及輸出電路。在進行工作的時候，先將低頻市電轉化為高壓直流電，添加至變壓器初級，發揮控制開關的作用，促使高壓直流信號轉變為高頻高壓方波信號。在高頻變壓器的支持下，實現方波信號向高頻低壓交流信號的轉化。最后，在濾波器的應用下，實現高頻低壓交流信號向低壓直流信號的轉化，整流為單相半波整流，信號保留在高頻低于信號上端位置，信號本質是正向電壓。對于直流輸出值，其決定因素為半波整流后正向電壓的寬度，與開關管的開通時間有著直接的關聯，實現PWM調制的需求。當直流電壓反饋到PWM電路之后，促使輸出的穩定性增強，在耦合器的應用下，達到前后級的隔離。

2.3 對線性電源與開關電源的比較

對于線性與開關電壓的差異，主要因素是電路中晶體管的工作狀態。線性電源如果處于工作放大狀態，晶體管能夠進行有效的反饋和調節。但是，如果工作狀態為開關，那么晶體管就會產生高頻信號，此時為開關電源的特征。在線性電源的功率件的工作狀態為線性，效率不高，需要借助降壓裝置實現電壓的轉化，再發揮整流的作用，實現直流電壓的輸出。這在根本上增大了其體積，發熱量較大，噪聲突出，但是，比較適合于模擬電路，主要得益于其較小的紋波，調整了較好。

這種電源在實驗室、充電設備中應用較多。而開關電源功率器件工作在開關狀態，損耗不高，效率較強，但是，對變壓器的要求卻很高，需要借助高磁導率材料制作而成，體積較小，效率得到提升。

3 對電源未來發展趨勢的分析

3.1 重視電源模塊功率密度的提升

在當前電源發展中，電源模塊轉換器的發展面臨挑戰，要在效率和功率密度方面進行研究，另外，促使其具備低輸出電源和高輸出電流。另外，負載預偏壓。要具備較快的瞬態相應。

3.2 切實提升電源轉換效率

鑒于電源系統的前端位置，AC-DC轉換器的效率和節能性需要更加突出。主要的影響因素有磁芯損耗、電磁干擾等。這就涉及到材料自身改進，同時，與設計也關系密切。因此，要使用具有較低損耗的器件，改完電源性能，有效發揮諧振轉化技術的作用。

3.3 重視器件體積的縮小

目前，新型電源控制集成電路發展迅速，其尺寸縮小，引腳間距縮短，功能增加。采用了全新的控制方法和技術，添加高壓起動源。同時，同步整流技術促進效率的提升。發展了功率半導體復合器，主要特征是高頻、高壓和大電流。

最新的CoolMOS系統，應用了MOSFET封裝技術，采用了表面貼裝的ThinPAK后，能夠達到600V的電壓。在應用表面貼裝MOS管的時候，可以在PCB板上進行打孔，有效實現散熱的作用。

3.4 注重減少電源熱量的散發

對于線路損耗的降低，電源本身能耗影響較大，能夠實現供電質量的改善。電源能耗主要產生于電源和環境控制單元兩個部分，因此，需要立足這兩個方面進行解決。在信息技術的支持下，電源產品在數字化方面的優勢更加突出，借助數字化，有效降低了電源高頻諧波產生的干擾，避免非線性失真，實現數字化控制，尤其是可視化圖形的開發，更加方便技術人員操作使用。諸多電源技術能夠支持多種拓撲結構，擁有圖形化操作、完善監控和管理等功能，備受關注。另外，電源的可靠性也備受關注。因此，要重視方案的選擇，應用優質的器件，提升電源檢測技術，強化測試儀器設備的性能，以示波器為核心構建測試系統，實現電源設計可靠性的增強。同時，要重視對缺陷的分析，提升設計效率，保證電源產品的一致性。

參考文獻：

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