電力電子技術在開關電源中的應用

文/孫德水

電力電子技術主要是控制和轉換電能，電力電子技術的使用被用于開發(fā)相關的電力電子器件。電力電子技術包含三個主要部分:第1 部分是電力電子器件，第二部分是變流電路，第三部分是控制電路。以及電力電子技術主要是由電力，電子和控制3 個電氣工程技術的交叉而實現(xiàn)的。隨著社會發(fā)展和科學技術的發(fā)展，作為集成三個主要技術領域學科，電力電子技術與現(xiàn)代控制理論之間的連接更加緊密，與材料科學、電氣工程學和微電子技術密切相關。作為總括性的技術規(guī)律，那個可以在多個領域發(fā)揮共同的作用。

1 電力電子技術的發(fā)展歷程

1.1 整流器時代

在大功率的狀況下，其工業(yè)的用電是有功率頻率為50Hz 的交流發(fā)電機所提供，其中一些是DC 形式，并且大約是1/5。最典型的領域是電解、牽引和dc 傳動。該階段，高輸出硅整流器和晶閘管的應用日益普及。

1.2 變頻器時代

在此階段，在20 世紀70年代，電力電子設備的智能水平在微計算機具有高人氣的背景下。在電力電子電路連續(xù)改進的背景下，工業(yè)領域出現(xiàn)了由晶閘管組成的不同類型電力電子器件。在此階段，電力電子裝置主要用于大功率變頻器、晶閘管。在變頻器時代，整流變頻器的問題正在被解決。在電力電子技術的實現(xiàn)中，主要問題在于功率頻率難以改善，其大部分仍處于低頻和中頻水平。

1.3 變頻器時代

1980年代，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術研究中進行了主要的突破。通過集成電路技術的發(fā)展，通過微加工技術和高電壓電流技術形成完全控制功率元件。在新設備連續(xù)開發(fā)的環(huán)境下，優(yōu)化了交流電動機的性能，高頻部成為電力電子技術的主要開發(fā)方向。在這樣的環(huán)境下，電力設備的能量效率大幅改善，傾向于小型輕量化。在技術層面上，機電工程和智能化技術在發(fā)展中起了重要作用。

2 電力電子技術在開關電源中的應用

2.1 高頻開關電源

在高頻開關電源中，電力電子技術不廣泛的使用在其中，其中，高輸出晶體管的操作可以依賴已高頻開關電源，同時還能夠對高整流器的功率容量進行很好的提高。通過對集成電路進行徹底的研究開發(fā)，在電氣工程學領域開發(fā)出高頻率開關電源、模塊化、小型化以及高效開關電源。通過應用計算機技術和通信技術，高頻開關電源設備將更加穩(wěn)定。通過整流器將交流電轉換為兩個部分，由UPS 實現(xiàn)直流電輸出。開關電源的一部分電流被傳送到開關、變頻器等，實現(xiàn)裝置的通常動作，其他部件流入電池來充電電池。采用高功率IGBT 可以有效地降低無功率電源裝置的噪聲強度，并且可以某種程度上改進高頻開關電源的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

高頻變頻器主要用于開關電源的電驅動系統(tǒng)，并且能夠實現(xiàn)馬達的頻率轉換速度的調整。高頻變頻器電源具有通過高頻變頻器和高輸出晶體管進行電壓轉換，改變電壓的頻率和功率，降低節(jié)能和發(fā)光的功能。現(xiàn)代的高科技的幫助下，開關電源的強力，弱力的組合是有效開關電源的研究開發(fā)費用，而且可以減少，這是節(jié)能，釋放減少和高性價比的優(yōu)勢。

2.2 計算機高效率綠色電源

隨著計算機技術的飛速發(fā)展，開關電源的應用和開發(fā)已經進入電子電氣領域。從計算機技術的應用角度看，綠色功率和綠色計算機的要求很高。例如，綠色能源的使用不僅效率高，能源效率也很好。由于綠色電源的實際應用效果，可減少功率操作的消耗和改進功率操作效率，且臺式計算機和支撐裝置處于睡眠狀態(tài)，且功率消耗不超過30w。市場上出現(xiàn)了一種新的綠色電力管理方法，可以有效降低個人電腦和筆記本電腦的功耗。例如，NXP 引入了綠色芯片PFC 芯片、綠色芯片同步整流控制器等一系列LFEPAK 封裝。利用30v 功率MOSFET 元件的端口石綠色芯片，提高了功率芯片的智能水平，實現(xiàn)了端子產品的節(jié)能。通過集成在芯片上的高電壓SOI 過程和綠色芯片解，電源PFC 可以實現(xiàn)最大效率。二級PFC 的使用輸出正確的電壓，以便改進電壓效率。此外，使用低/零電壓開關實現(xiàn)最低開關損耗。綠色芯片同步整流器取代傳統(tǒng)二極管整流器電路以改善芯片設計水平，更加方便電源同步整流器，具有與某些功率控制芯片兼容的性能且更加穩(wěn)定。從產品使用效果來看，節(jié)能性強。

2.3 高頻逆變式整流焊機電源

從開關電源開發(fā)的角度來看，效率和能源效率是主要特征。焊接機目前正在以達成高效率的能源效率標準而上市。在開發(fā)展望中，對高頻率變頻器整流電源的開發(fā)前景良好。在功率使用方面，采用了AC-DC-AC-DC。實際應用方面，通過全橋整流器將50Hz 交流轉換為dc 電流。使用PWN 高頻轉換將直流功率轉換為高頻矩形波。高頻轉位裝置可以執(zhí)行耦合過程來實現(xiàn)DC 的DC 穩(wěn)定化。在整流處理之后，將濾波轉換為穩(wěn)定的直流。從實用性的觀點來看，焊接機電源存在的環(huán)境比較苛刻，關于電源的穩(wěn)定性和可靠性有很高的要求。因此，有必要有效地控制微處理器，預測系統(tǒng)的實際操作并合理選擇微處理器來解決問題。

主要分析了開關電源中電力電子技術的應用。在能源、環(huán)境保護及生命科學及材料方面，電力電子技術的有效應用在所有領域都發(fā)揮了非常重要的作用。作為重要的科學技術支持，電力電子技術在經濟各領域廣泛使用，并具有非常有前途的發(fā)展前景。