高頻開關電源的技術現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

方 赦

（馬鋼集團設計研究院有限責任公司，安徽 馬鞍山 243000）

0 引 言

國家發(fā)展快速，推動著電子技術應用愈加廣泛。傳統(tǒng)的電力電子技術對比較落后，已不能適應當今社會的快速發(fā)展，所以高頻開關電源技術應運而生。我國的科技發(fā)展離不開電源，電源的技術應用涉及到生活的方方面面。電力電子技術會隨著社會的不斷進步而不斷更新?lián)Q代，如新能源汽車的出現(xiàn)對高頻開關電力技術形成了巨大的推動力。

1 高頻開關電源

1.1 高頻開關電源技術發(fā)展的特點

高頻開關電源的發(fā)展快速，需不斷開發(fā)新技術，不斷改革創(chuàng)新。高頻開關電源技術的特點非常明顯，主要包括以下幾個方面[1]。第一，高頻開關技術的市場需求大。當前，我國強調保護環(huán)境、治理環(huán)境，而高頻開關技術的出現(xiàn)契合了這一點。在電動汽車領域，高頻開關技術應用廣泛。電動汽車不斷增加，但配套設施并不完善，導致電動汽車的快速發(fā)展和充電設備之間成為矛盾。這對充電設備發(fā)展來說是一個好的契機，可大量應用高頻開關電源技術以促進充電設備發(fā)展。第二，國家政策的支持。國家能源部、住建部對新能源汽車非常支持，且對新能源汽車給予很大的補貼。國家和地方財政、政策等方面的大力支持，極有助于高頻開關技術的發(fā)展。第三，相比傳統(tǒng)的技術更加先進。高頻開關電源技術優(yōu)化了模塊化，模塊化縮小后體積也會相應減小。對于大功率電器來說，一般會有較多的模塊，主要是為了分擔電流。當某一模塊出現(xiàn)問題時，其他模塊可以正常運轉，不會對電器產(chǎn)生很大影響。

1.2 高頻開關電源的發(fā)展現(xiàn)狀

高頻開關電源非常受歡迎，因為它使用方便。需要說明的是，換式電源、開關變換器是高頻開關電源的別稱[2]。高頻開關電源的主要作用是將確定輸入的電壓通過高頻開關電源轉換成自己需要的電源。例如，可以購買高頻開關電源，自由變換電壓以滿足需要。在所有的電力電子技術中，高頻開關電源是比較核心的技術，也是最受歡迎、應用領域最廣泛的技術。高頻開關電源技術中的變頻功能是高頻開關電源技術中的核心。例如，新能源汽車就是使用變頻技術；享譽國內外的大品牌——格力空調，主打變頻技術，變頻空調不僅制冷較好，而且可以大量節(jié)省電量。新能源汽車和格力變頻空調都是利用開關電源改變電器的用電頻率，以提供適合的電量來供應電器運轉。例如，最初的電腦電路系統(tǒng)需要一間屋子來承載，因為傳統(tǒng)的電力電路非常復雜且龐大，自從出現(xiàn)了高頻開關電源技術，電路變得簡單和便攜。例如，軟開關和硬開關的結合技術也在不斷進步。ZCT和ZVT技術進步也兼有軟開關耗能低、頻率高、效率高的特點，電路體積和重量隨之下降。這樣不僅可以節(jié)約用電，還可以節(jié)約材料，節(jié)省占地面積，節(jié)約鋪設電路的成本。簡言之，高頻開關技術應用非常廣泛，發(fā)展前景樂觀，將隨著社會的不斷進步而進步，應用領域也會不斷擴大。例如，高頻開關電源技術發(fā)展態(tài)勢良好，逐漸淘汰線性電源，且開關頻率可以達到兆赫茲級，體積也在向小型化方面發(fā)展。

2 高頻開關電源技術的技術分析

2.1 高頻開關電源技術的控制技術

高頻開關電源技術的性質非常復雜，具有離散性、強非線性以及變結構等特點。由于高頻開關電源技術的主要功能是變換電量滿足所需的電壓，所以最主要的線路一定要保障電路電量變換，這樣會使高頻開關電源的控制方法和控制器的研究變得比較復雜。高頻開關技術中應用較多的是多環(huán)控制和電流型控制。要想提高頻開關電源技術的性能，可以使用電荷控制等方式[3]。在高頻開關電源技術未來的發(fā)展中，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制已經(jīng)引起了人們的關注，可以利用高科技監(jiān)控高頻開關電源技術研究中的一些精密數(shù)據(jù)，以提高效率，提升高頻開關電源技術的精確度。

2.2 高頻開關電源技術的專用集成電路

高頻開關電源技術不同于傳統(tǒng)的電源技術，需要專用的集成電路。集成電路是高頻開關電源技術的指揮系統(tǒng)和控制的中心，要完成的工作非常多，如自動保護、變頻調節(jié)、檢測傳感等。專用的集成電路主要包括數(shù)字電路和模擬電路，集成電路的主功能是為了更好地調節(jié)電壓，讓調節(jié)速度更快、電量更多。

3 高頻開關電源技術的發(fā)展趨勢

3.1 高頻開關電源技術的穩(wěn)定化

社會的快速發(fā)展推動著高頻開關電源技術的發(fā)展，社會的發(fā)展離不開電力，各個領域的用電量越來越大，對電流的輸送要求也越來越苛刻，要求電流的穩(wěn)定化和持續(xù)化。排風扇、光耦合器等是影響電路穩(wěn)定的主要因素。現(xiàn)在的高頻開關電源技術主要克服的是電流的穩(wěn)定化，利用模塊化技術可以改善、優(yōu)化這種情況。穩(wěn)定性的問題會影響用戶的使用感，導致用戶的體驗感下降。但是，這種技術問題在不久的將來都會被解決。SMT技術的應用使得高頻開關電源技術得到了飛快發(fā)展。ZVS、ZCS軟開關技術在高頻開關技術的利用中成為發(fā)展主流。將來的技術會使高頻開關電源技術變得更加強大、優(yōu)化。

3.2 噪聲減小

以往的技術是頻率越大噪聲越大，這是高頻開關電源技術需要研究的技術問題。諧振技術是減小噪音同時可以提高效率的一種技術。例如，冰箱的頻率非常大，當冰箱工作時產(chǎn)生的噪音也非常大，是高頻開關電源技術未來研究的方向。在減少噪音方面，有學者提及應用諧振轉換技術控制噪音問題。

3.3 節(jié)約成本，節(jié)約能源

國家對能源資源管理非常嚴格，因為國家環(huán)境遭受了嚴重破壞，自然資源、能源不斷在減少。開關電源技術一直是需要攻克的技術問題，以適應新型電器的出現(xiàn)。高頻開關電源技術的研發(fā)對大功率電器是一種福音，可以大大提高大功率電器的使用率。在傳統(tǒng)電路中，電路非常龐大且笨重，使用不便。高頻開關電源技術在一定程度上提高了效率，而且可以節(jié)約制造傳統(tǒng)的電路成本。高頻開關電源技術是一種新型節(jié)約能源的技術，受到了綠色能源的影響。電動汽車和變頻空調的出現(xiàn)，對高頻開關能源技術是一種帶動。高頻開關電源技術可以改變用電的頻率，盡最大力量滿足電器的用電量。

4 結 論

高頻開關電源技術應用的領域廣泛。當前我國發(fā)展較快，國家比較注意對環(huán)境資源的保護，高頻開關電源技術的出現(xiàn)與國家的提倡契合。新能源汽車、變頻空調等都涉及到高頻開關電源技術，市場需求較大，且國家政策支持，這對高頻開關電源技術的發(fā)展來說十分有利。但是，快速發(fā)展的同時會出現(xiàn)各種各樣的問題，高頻開關電源技術研發(fā)需要在實踐中不斷前進。