開關電源的工作原理及技術趨勢

文/謝啟少

隨著現代科學技術的快速發展，為開關電源技術的發展奠定了堅實的基礎。同時，開關電源技術的快速發展，也使得各類開關元件在不同領域獲得了廣泛的應用。目前，對于開關電源技術而言，高頻化、數字化已經成為開關技術發展的主要趨勢。因此，為了進一步促進開關電源技術的發展，還需要有關科研人員加大對開關電源的發展及其技術加大研究力度，對提升我國開關電源技術的應用水平有著至關重要的意義。

1 開關電源的工作原理

開關電源的工作原理如圖1所示，從圖中可以看出，在220V 交流電壓（AC）輸入后，由于開關電源的電子元件無法在此電壓條件下運行，所以需要在高頻開關技術的幫助下，對220V 端電壓進行轉換，從而為電子設備的工作提供穩定的工作電壓。另外，微型化已經成為變壓器今后發展的主要方向，所以為了盡量縮減變壓器的體積與重量，則必須要通過提升工作頻率的方式來盡可能的提高電源功率密度，確保在微小體系情況下，開關電源仍然可以處于穩定工作的狀態。對于開關電源而言，其電源效率如果可維持在70%～90%之間，便可讓開關電源處于正常工作的狀態，并且脈沖寬度與電源效率的穩定程度有著直接聯系，所以可根據實際情況來對脈沖寬度予以有針對性的調整，以此來提高電源效率的穩定性。

2 開關電源關鍵技術

2.1 智能技術

對于開關電源的通訊系統而言，不管是國內還是國外，均采用集中監控分散供電的方式來保證通訊系統可以穩定工作。通過實施集中監控分散供電的方式，不僅可以進一步降低電纜供電的損耗，同時也可有效的避免故障事故的發生，存在極高的使用可靠性。然而，集中監控分散供電方式同樣也存在一些缺點，例如，存在較大的日常維護難度。因此，為了降低系統的日常維護難度，相關人員研究出了智能化技術來進行智能看護，除了可以將集中監控分散式供電的優勢發揮出來外，還可為其予以更有效的日常維護，確保集中監控分散供電可以高質量的實施。智能化技術的出現，除了可以為開關電源帶來顯著的經濟效益外，其同樣也成為了今后開關電源的關鍵發展方向。

2.2 功率因數校正技術

開關電源輸入端的功率可通過功率因數校正技術予以一定程度的提升，并且也可顯著降低開關電源的能耗，同時也有助于降低電網遭受污染的概率。另外，隨著開關電源技術的快速發展，使得其廣泛應用在各個領域，但是隨著越來越多的開關電源投入使用，其也會對電網環境造成一定程度的污染。因此，通過使用功率因數校正技術，電網污染程度可以得到進一步的降低，對促進開關電源技術的發展也可起到積極的作用。

2.3 高頻開關技術

對于高頻開關技術來說，其可在一定程度上提高電源開關的頻率，以此來起到降低開關電源體積以及重量的作用。高頻開關技術的應用原理是當開關電源的頻率增加后，變壓器和濾波電容器的容量便會持續減小，從而使得開關電源的重量和體積也因此隨之減小。但是，高頻開關技術同樣也存在顯著的缺點，比如，頻率的提高也會增加開關以及開關內元器件的損耗，同時也會引發電磁干擾問題的出現。因此，高頻開關技術存在一定的兩面性。

2.4 軟開關技術

軟開關技術存在多種類型，即：軟開關技術與零電壓，零電流轉換技術。隨著軟開關技術的出現，其可有效的解決高頻開關技術中存在較高頻率而導致電網環境受到污染的問題。因此，對于開關電源技術而言，軟開關技術已經成為開關電源技術今后發展的重要一環。

3 開關電源技術的發展趨勢

現階段，為了適應我國社會的快速發展，開關電源技術的發展也應與時代的發展相適應，下面將對開關電源技術的發展趨勢予以詳盡闡述。

3.1 高頻化技術的發展

目前，社會的快速發展無疑也對開關電源技術的發展提出了新的要求。現階段，開關變換器的開關頻率已經比以往有著較大程度的提高。與此同時，隨著頻率的日益提高，開關變換器的體積也處于不斷減少的態勢之中，所以也為開關電源技術的不斷完善提供了機遇。然而，高頻化開關電源技術的出現，無疑也會加速開關內部元器件的損耗程度，并且也會引發一系列問題的出現。

3.2 數字化技術的發展

圖1：開關電源原理方框圖

對于傳統開關電源而言，模擬信號對控制部分的工作起到引導作用。現階段，數字化控制已經是絕大部分設備所采用的控制方式，而開關電源同樣也是數字化技術今后應用的主要領域。現階段，數字化電源技術的研究已經成為科研人員公關的主要方向，并且也收獲到了很多的科研成果，這無疑對推動開關電源數字化技術的發展起到了關鍵的推動作用。

3.3 低輸出電壓技術的發展

眾所周知，半導體在開關電源中有著極為重要的作用，并且半導體技術的發展程度，將直接對開關電源技術的發展起到積極的作用。現階段，對于微型處理器以及便攜電子設備而言，其工作電壓的穩定程度對于設備的使用方面有著關鍵作用，所以要求今后半導體裝置變換器可以用更低的電壓來確保微型處理器以及電子設備可以得到高質量的工作，同時也為開關電源技術的發展再一次明確了方向。

3.4 模塊化技術的發展

這里的模塊化技術，可以分為兩個方面去解讀，一方面是功率器件，另一個方面是電源單元。通過模塊化技術，可以極大的減少開關電源的體積，但為了在不損失電源系統的可靠性的情況下，需要整合所有的硬件，以芯片的形式模塊化安裝到一個單元中去。

4 結語

由此可見，對于開關電源技術而言，隨著現代科學技術的快速發展，為開關電源技術的不斷優化以及完善奠定了堅實的基礎，同時也使得各類開關電源技術得到了發展以及涌現的機遇。因此，為了進一步促進開關電源技術的發展，相關科研人員還應加大開關電源技術的研發力度，對促進我國開關電源技術應用水平的提升有著重要意義。