電力電子技術在開關電源中的應用

文/顧德峰

電力電子中的能源要經過電力電子設備的轉換，才能為使用者提供服務。《電力電子技術》是新時期下一門特殊的教學科目，要求學生掌握一定的電子電力知識，學會利用電力電子器件對電能進行控制和轉換。電力電子轉換主要包括“電力電子器件、變流電路和控制電路”三個部分，每一部分都非常重要，在開關電源中起到關鍵的作用。

1 電力電子技術的發展及其特點

電力電子技術經歷了一個漫長的發展過程。最早應該追溯到第一個晶閘管（FGH）的誕生。“晶閘管”是美國一家通用電氣公司的問世標志，為電力電子技術的發展開了先河，并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。目前很多家用電源開關內部使用的都是FGH，是第一代半控型器件，不能自行關斷，需要使用者根據需求進行操作。以FGH 為核心的變流電路在電子能源轉換過程中扮演著重要的角色，主要功能是使交流變成直流，為用戶提供全面的安全服務。

隨著科學技術的不斷進步，電力電子技術水平也呈現出不斷發展的趨勢。傳統的FGH逐漸被“GTR、GTO”等新穎的電力轉換器件所代替，從“傳統電力電子技術”向“現代電力電子技術”轉變。電力電子器件的研究和開發，也推動了當前電力行業的進步，使人們進入高頻化和智能化的電力時代。“IGBT”的出現，更是實現了電網之間的非同期互聯，解決了很多電源開關的不穩定問題，避免電路中出現短路和功損。

很多家居用品和用電器等，都需要配置相應的開關，才能為用戶提供便利，有效的實現開關和電路互通。在電源開關系統中加入電力電子應用，是新時期的科技需求，也是每個家電設計工作者需要掌握的重點技術。影響電力傳輸的因素有很多，比如“電路的距離、電壓的大小、傳輸電線的質量、電路設備的品牌”等，這些都會影響電流在線路中的傳輸速率。如果電路距離過長、電壓強度不夠、電路設備不夠完善，就有可能降低電源開關的反應靈敏度，增加電路能量的消耗。此外，有的用戶不注意用電安全，反復使用電源開關，就會導致短路電流，燒斷保險絲等問題出現，甚至產生漏電的危險，對用戶的人身安全產生威脅。所以新時期的電力工作者必須事先預想這些可能存在的安全隱患，做出有效的應對政策和解決措施，加大電力電子技術在電源開關中的應用。

傳統的電力傳輸系統比較簡單，不存在電容充電電流，電力的功率損耗也相對較小，這適合小家電的用戶使用。很多大型的家用電器，比如“電冰箱、洗衣機、電視機、跑步機”等，就需要改變傳統的電力傳輸系統，采用高壓直流輸電輸送的方式，使電源系統擁有較快的調節速度，方便用戶的操作，并且投入到市場當中使用。這些大功率的電子器件，電流的傳輸形式和傳統的小電路不同，用戶在使用時必須注意安全，建立有效的防范意識，逐漸改善高壓直流輸電設備的性能。

2 開關電源的種類和特點

隨著科學技術的不斷發展和運用，各種各樣的電源開關出現在人們生活當中。根據電路類型和電流傳輸方式的不同，開關電源主要分為以下幾類。

（1）傳統輸入和輸出的類型。由于輸入和輸出方式的區別，可以將開關電源分為“DC/DC和AC/DC”兩種變換器。“DC/DC”模式更注重電流的可靠性和安全性，而“AC/DC”注重的是電源開關的低耗和低噪聲設計，給用戶提供更提心的服務。根據兩種電流傳輸形式不同，用戶需要選擇適合自己家庭的電源開關，發揮“DC/DC和AC/DC”兩種變換器的價值和作用。

（2）可以通過驅動方式的不同，可以將開關電源分為“接觸式和非接觸式”兩種。通過字面意思理解，“接觸式”需要用戶接觸電源開關才能進行相關的操作，而“非接觸式”則強調智能化和自動化，用戶遠程即可實現對電源開關的控制。“接觸式”的開關比較傳統，但是靈敏度極高，“非接觸式”的開關雖然更加智能化，但助長了人們懶惰的思想。無論是哪種類型的電源開關，只要是用戶需要的，都值得各大企業的充分研究和發展。

（3）根據控制方式的不同，還可以將開關電源分為“PWM、PFM、脈沖寬度調制”三種。每一種電源開關都有自己的價值和特點，用戶可以根據自己的需要自行選擇。PWM是“脈沖寬度調制式”；PFM是“脈沖頻率調制式”。只有把握電力電子能量傳輸的方式和方法，才能不斷提高電源開關的使用性能，有效保證開關電源的使用效率，減少不必要的能量損耗。

3 電力電子技術在開關電源中的應用

在了解電源開關之后，需要對電力電子技術在開關電源中的應用進行分析。通常情況下，電源開關都是利用“R-C或是L-C”的緩沖器。這種緩沖器有利于降低開關電源的能量損耗，為用戶解決“開關反應慢”等問題，追求開關電源的高頻化。但這種緩沖器的使用，可能會導致開關噪聲的增加，還存在多種實用化方面的問題。相關的技術人員可以引入“諧振轉換電路技術”，為用戶提供較高的服務保障，在實現高頻化的同時降低噪音。

隨著智能科技的持續進步，不間斷電源（UPS）逐漸出現在大眾的視野中。UPS是結合了計算機、通信系統等多種高科技、高性能的電源，能實現智能化的管理和控制系統，極大的提高了開關電源的使用效率。很多較大功率的“M0SFET、IGBT”等現代化電力電子器件，也可以作為不間斷電源的應用模塊，以便實現對 UPS的智能化管理，使電力電子系統趨于簡單化和科技化。此外，開關電源中的主電路設計，也有特定的需求，不能胡亂搭配電器元件。電路中的電子設備，必須滿足非線性的特點，才能實現對電路的多路控制，使控制系統更加的結構化和內容化。開關電源的使用頻率，可以通過電路的時間周期來控制實現，必要時可以引入通過“模糊控制、微機控制、人工控制”等多種技術來實現，以便為用戶提供有效的控制系統。

有的用戶對家電的用電安全有較高的要求。比如“母嬰室”、“兒童用電器”、“家用熨斗”等，使用者一般都是女性或小孩子，他們不懂得電力的傳輸流程，缺乏一定的安全意識。小孩子在使用這些大功率用電器時，容易發生危險，漏電和跳閘時不知道如何解決，甚至發生安全隱患。為了避免這些現象的發生，電力系統的設計者可以采用“柔性交流輸電系統”，從本質上強化家用電器的防漏電功能，才能極大的保障用戶的使用安全，為廣大群眾提供切實可行的電力服務。

科學技術和通訊技術的發展，使電力傳輸系統成為各行各業的重點研究項目，同時也為“FACIS”技術的發展創造了先行性的條件。我們可以運用電力電力科技，在電源開關中加入“IGBT、FACTS”等可關斷器件原件，改變系統的結構，提升電源開關的靈敏程度。無論是電路傳輸系統一致還是相位相反的電流，都要做好詳細的設計規劃，才能有利于實現電路傳輸的可靠性，擴大開關電源結合電力電子的市場活動。新時代在不斷向前發展，只有結合新時代的科學技術，才能提高開關電源的使用價值。電力企業要廣招賢才，收賢納士，讓更多的專業技術人員參與電力行業的研究和開發過程。

總而言之，開關電源是現代電力電子技術最常見的應用。但是，開關電源在運行過程中也存在著電路復雜、電磁干擾等多種電路問題，嚴重時還會影響用戶的使用體驗。為了保證電力電子輸出能量的可靠性，相關的技術人員一定要了解電力電子技術的發展及其特點，才能促進開關電源技術的發展進程，保證主電路正常工作，為人類的社會發展和生活動態提供各方面的支持。