高頻開關電源發展與應用探析

賈國芳

【摘要】在所有的電子設備中，電源是非常重要的組成部分，尤其是隨著科學技術的進步，對于電子電源的需求越來越高，逐漸向著高頻化和節能的方向發展。此外，作為高效節能型電源，高頻開關電管的節能問題越來越受到各界人士的關注，也逐漸成為穩壓電源的重要產品。本文就針對目前我國高頻開關電源發展和實際應用進行了多角度探索，希望對高頻開關電源的有序健康發展有所幫助。

【關鍵詞】高頻開關電源;發展與;應用探析

隨著國家綜合實力的提升，各行業也實現了飛速發展。目前，在電力電子、電源系統應用方面，開關電源技術變得越來越重要，利用高頻開關電源技術，能夠有效降低大型電解電鍍電源的重量和體積，使電源的利用效率得到有效提升，降低電力成本，也為實現節能化發展奠定了良好的基礎。

一、開關電源技術的發展方向

（一）高頻化

有相關實踐和理論證明，將電源頻率從工頻50Hz提高到20kHz的時候，用電設備的體積重量會下降到設計工頻時的5%-10%，比如電容、電感和變壓器等，比較主要的材料能夠節約90%以上，實現節電30%以上。傳統的高頻設備采用的主要是電子管，因為采用的節能材料和固態化材料，具有非常顯著的經濟效益。

（二）模塊化

模塊化指的就是功率器件的模塊化，還有是針對電源單元的模塊化。近些年，部分公司在功率模塊中安裝了驅動保護電路，實現了“用戶專用”功率模塊（ASPM）、“智能化”功率模塊。在同一個模塊中基本將所有的硬件通過芯片的方式組裝到了一起。實現模塊化設計，使傳統的引線連接的弊端徹底消除，能夠減少頻率提高對各個器件造成的影響。并且，通過優化機械、熱電的設計，使系統的可靠性和安全性大大提升。

（三）數字化

隨著數字電路和數字化信號的發展，數字信號處理技術變得越來越完善，相比較模擬信號來說，有更大的應用優勢。例如，能夠有效減少雜散信號的干擾、防止模擬信號出現失真畸變、有效控制計算機處理質量、更加高效地自診斷、容錯等。因此，在智能化高頻開關電源中應用數字化技術非常重要。

（四）綠色化

電源系統實現綠色化發展，首先就是有明顯的節電效果，其次就是不會對電網產生污染。目前，部分多功率電子節電設備會注入高次諧波電流，這對電網的污染有較大的影響。但應用新的電源電路控制技術和拓撲技術，能夠實現功率開關工作的零電流和零電壓狀態，使開關電源的工作頻率得到有效提高。

二、高頻開關電源技術原理、結構及功能

（一）工作原理

高頻電源能夠得到530v的直流電壓，并通過全橋逆變形成20 kHz左右的交變電流，通過高頻變壓器形成高頻高壓脈動直流，下圖1為詳細的原理圖。電除塵器高頻電源通過高頻開關技術形成逆變式電源，控制方式更加多樣、靈活，可以根據實際情況選擇最為合適的電壓波形，有效節約了電能，提高了供電效率。

（二）結構及功能

高頻電源主要的組成部件有控制電路、高頻高壓變壓器、全橋逆變器、低壓配電系統、主機外殼等。通常情況下，低壓配電系統設置在高頻電源配電盤電氣箱內，集成了加熱各個單元供電、電源風機，如果設備在運行的時候出現故障，也可以自行停止供電，起到保護設備的作用。大功率高頻高壓變壓器設計的方式是油浸式，也是高頻電源最為重要的組成部分，主要作用是把逆變電路產生的高頻交流電進行升壓整流，從而形成高頻高壓脈動直流送電。控制電路主要的組成部分為二次電流電壓采樣電路、驅動電路、DSP控制電路、信號調理電路、電源電路等。在高頻電源底部的風機中安裝高頻電源，確保大功率開關元件和變壓器的溫度始終保持在正常范圍內。

三、高頻開關電源的應用

現階段，高頻開關電源基本實現了各個領域的應用，并發揮了巨大的作用，比如在新能源行業、儀器儀表制造、電力系統、通信系統、航空航天、工業自動化控制等領域，都有非常深入的應用。首先，在通信行業的應用。高頻開關電源在通信系統中的應用，一般在信號設備和信號基站提供充足的電能。在現代通信系統中應用的高頻小型化開關電源，一般把整流器稱為一次電源，直流一直流變換器稱為二次電源。一次電源可以將三相交流電網轉變為標稱值為48V的直流電源，實現了小型化和高效率。通信設備性能的進步，使時鐘頻率有了很大提高，集成電路也變得越來越復雜，需要的電源電壓要求也大不相同。因此，在通信系統中應用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊，轉變成需要的直流電壓，能夠有效降低產生的損耗，而且安裝便捷、易于維護。其次，高頻開關電源在工業自動化控制領域的應用。高頻開關電源能為自動化設備提供充足的動力電能，確保系統的有序正常運行。再次，在航空航天的領域。應用高頻開關電源能夠在發射前整箭系統及載荷的熱調試中起到非常重要的作用。第四，在表面處理行業的應用。高頻開關電源能夠實現離子交換，可以對裝飾性表面處理和保護性表面處理提供電場。第五，在新能源行業的應用。隨著近些年新能源行業的快速發展，高頻開關電源可以在充電樁和充電機中應用，實現高效的電能轉換。

隨著高頻開關電源應用范圍的擴大，應用要求也有了很大提升，未來的高頻開關電行業行業必然向著智能化、超高頻化、輕量化和小型化的方向發展。其中，對于設備儀器行業來說，主要的發展方向是小型化。而智能化也未來智能制造的必然要求，也是未來發展的重中之重。

四、結束語

總而言之，近年來雖然國家的綜合實力有了很大提升，在國際上的地位也越來越高，但由于發展時間較短，很多技術、理念還需要努力優化完善，將可持續發展理念貫徹落實下去。要加強重視高頻開關電源技術的重要價值，合理應用該技術，在降低生產成本的基礎上，提高節能效益。目前，在電力、電加工、電解和電鍍方面應用的高頻開關電源技術的范圍越來越廣泛，希望在后期能夠將高頻開關電源的作用充分發揮出來，在各個領域體現出最大價值。

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