電力電子技術在開關電源中的應用分析

馬秋芝

（西安建筑科技大學華清學院，陜西 西安 710043）

0 引 言

電力電子技術關鍵對電磁能開展操縱和轉換，運用電子器件能源技術開發設計與能源有關的電子產品。電力電子技術關鍵分成3個部分，第一部分是電力電子元器件，第二部分是正弦脈寬調制（Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM）電源電路，第三部分是控制回路。能源電子器件技術主要是根據電力工程、電子器件以及操縱三大電氣專業技術的交叉式完成。隨著社會與科學研究技術的發展，電力電子技術做為一門結合三大技術行業的課程，與當代控制理論的聯絡越來越密切。此外，它與能源科學、電氣工程以及信息科學息息相關，做為一般技術標準，在很多行業充分發揮功效[1]。

1 電力電子技術特點

現階段，變換電源電路在電子器件熱傳遞全過程中起著重要作用，可以將交流電源變換為直流電源。隨著科學研究技術的不斷發展，電力電子技術展現出可持續發展的趨勢，電力電子器件的研發也推動了當前電力行業的進步，使人們進入了高頻智能電源時代[2,3]。絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）的出現實現了電網的異步互聯，解決了許多功率開關不穩定的問題，避免了電路中的短路和功率損耗。

影響電力傳輸的因素很多，如線路距離、電壓、傳輸線路質量以及線路設備品牌等，都會影響線路的電流傳輸速率。如果電路距離過長、電壓不足或電路設備不齊全，就有可能降低電源開關響應的靈敏度，增加電路功耗[4]。此外，部分用戶并不關心用電安全，頻繁使用電源開關會導致短路和熔斷器熔斷等問題，甚至可能產生漏電風險，威脅用戶的人身安全。因此，新時代能源工作者必須提前預見這些潛在的安全隱患，制定有效的政策和解決方案[5]。

2 目前電力電子的應用

事實上，電力電子技術已經在社會中得到了廣泛應用，具有整流、反相以及斬波功能，非常擅長轉換電能，可以滿足人們的多樣化需求。電子技術在提高電力利用率方面具有不可替代的作用，但是目前我國應用方面的實例并不多，能源電子技術在這方面的作用還沒有完全發揮作用。現代高科技智能控制和模塊化開發提高了生產效率，降低了能耗和研發成本，使電力電子技術能夠高效利用電能，電子電力系統穩定運行[6]。此外，電力電子技術也可用于工業，提高電能使用效率和工作效率，減少對環境的污染。

高壓直流輸電有其自身的優勢，可以降低電力消耗，調節系統運行速度。電力電子技術的應用可以更好地提高直流輸電技術，降低項目實施成本。電力電子技術與網絡技術相結合，可以更好地控制交流輸電系統，快速有效地調整輸電系統參數，改變系統潮流分布，使系統運行更加平穩。電力電子技術在電力行業的應用越來越普及，電力系統的電力諧波需要適當改善。有源濾波實質上可以通過可控半導體將幅度相同或相反的電流泵入電網，目的是使電源的諧波電流為零，并隨時隨地對諧波電流進行補償。電力的使用是連續不斷地輸入，所以要保證電源不切斷，電力輸入不停止，電力系統處于工作狀態。電力系統安全可靠地工作，節約了更多的電力資源，保證了電力社會的發展以及電力的高效供給[7]。

3 電力電子技術在開關電源中的類型

隨著科學技術的不斷發展和應用，人們的生活中出現了各種能量開關。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。

3.1 按照輸入輸出方式劃分

由于輸入輸出方式的不同，開關電源可分為DC/DC轉換器和AC/DC轉換器。其中，DC/DC模式更注重電流的可靠性和安全性，而AC/DC更注重電源開關的低功耗和低噪聲設計，為用戶提供更貼心的服務。根據兩種電流傳輸方式的不同，用戶需要為自己的需求選擇合適的電源開關，以充分發揮DC/DC和AC/DC轉換器的價值和作用。

3.2 按照驅動方式劃分

開關電源按照按驅動方式不同可分為接觸式和非接觸式兩種。其中，接觸式需要用戶觸摸電源開關進行相關操作，而非接觸式具有智能化和自動化的特點，用戶可以遠程控制電源開關。前者雖比較傳統，但非常靈敏。

3.3 按照控制方式劃分

根據控制方式的不同，開關電源還可以分為脈寬調制和脈沖頻率調制。每個電源開關都有自己的價值和特點，用戶可以根據需要進行選擇。只有掌握電子電力傳輸方法和技術，才能不斷提高功率開關的性能，有效保證開關電源的效率，減少不必要的功率損耗。

4 開關電源與其他電子電氣技術實際結合應用

4.1 高頻開關電源

高頻率開關電源在具體運用全過程中能夠完成溝通交流電源變換，以達到用電量機器設備的供電系統要求。當高頻率開關電源接入時，電流量根據功率較大電子開關的整流電路變換為低壓，最后產生平穩的輸出電壓?？傮w來說，當代高頻電源具備重量較輕和體型較小等明顯特性。高頻變頻電源在應用中不用電源變頻調速器，這促使高頻率變頻電源的品質更高，容積比別的變頻電源更小，方便使用[8]。高頻率開關電源能夠運用硅的導通角來操縱實際功率改變率，更改高頻率開關電源的負荷也會影響功率因素的轉變。高頻率開關電源工作時噪聲低于50 dB，比較之下，其噪聲比可控性整流器機器設備低35%，并且在電源開關打開一瞬間功能損耗低，有益于節能降耗，能合理提升設備的運作高效率。

電力電子技術廣泛運用于高頻開關電源，可合理提升電子整流器的輸出功率。根據對集成電路芯片的深層次產品研發，促進了高頻率開關電源在電氣行業的運用，進一步向造型設計化、微型化、高效性方位發展。電子信息技術和通信技術的運用，使高頻開關電源機器設備運行更為平穩[9]。開關電源中的一部分流量傳送到變電器和逆變電源，以完成機器設備的正常運作，另一部分注入充電電池為蓄電池充電。借助大功率IGBT，不間斷電源能夠在一定水平上合理減少高頻開關電源的噪聲，增強抗壓強度，提升系統軟件的可靠性。

4.2 高頻逆變式整流焊機電源

在發展前景方面，高頻逆變電源發展前景良好。高頻開關器件可以進行耦合過程，實現直流恒流。經過整流過程后，過濾轉換為恒定恒流。實際中，焊機供電可以在環境惡劣的情況下使用，供電的穩定性和可靠性非常高。

4.3 同步整流技術

同步整流技術不但合理地節省了電力能源，而且進一步提高了電源的效率。該技術的產品研發根據開關電源的軟開關技術，當氫氧化物單電導體晶體三極管與整流二極管串聯時，開關電源可以融入低壓和大電流量。當浪涌電流在電源電路中流動時，根據操縱金屬材料空氣氧化三極管最后做到零運行工作電壓。

應用同步整流技術有助于降低開關電源的功率損耗，解決用戶開關響應慢的問題，，但也可能會導致開關噪聲的增加，存在很多實際問題。相關技術人員可以為用戶提供更高的服務保障，在實現高頻的同時降低噪音。隨著智能技術的不斷進步，不間斷電源逐漸出現在大眾視野中。其為一種集計算機和通信系統于一體的高科技、高性能電源，可實現智能化管控，大大提高電源的轉換效率[10]?，F代電力電子設備也可作為不間斷電源應用模塊，實現UPS的智能化管理，使電子電力系統更簡單、更科學。此外，開關電源的主電路設計也有特定要求，不能隨意搭配電器元件。電路中的電子設備必須滿足非線性特性，才能實現電路的多路控制，使控制系統更加有序和充實。

在電力電子技術中，使用軟開關技術可以有效降低開關電源的故障率。開關電源的脈寬調制由IGBT功率器件控制，解決大功率逆變器主電路結構的功耗問題，降低開關電源的功耗。應用諧振原理解決傳統電源的浪涌電流問題，有助于減緩電壓浪涌，降低系統故障的可能性。當諧振電路導通或關斷時，它可以吸收高頻轉換器的電容和電感，降低開關電源的功耗，同時對晶體管等元件進行減壓。與傳統電路開關啟動帶來的大量功率損耗相比，電子電源技術可以有效保證開關電源的穩定性，提高開關電源的利用率。此外，電力電子技術中的同步整流技術可以有效提高開關電源的工作效率。在同步整流技術中，將整流開關二極管部分的金屬絕緣體一半反接，使同步電流通過零電壓/電流開關。

開關電源的使用頻率可以通過電路的時間周期來控制，必要時可通過引入模糊控制、微機控制以及手動控制等多種技術來實現，為用戶提供高效的控制系統。一些用戶對家用電器的安全性有更高的要求，如兒童電器和家用熨斗等。電源系統設計人員可以采用靈活的交流輸電系統，主要增強家用電器的防漏電功能。隨著科學技術和通信技術的發展，電力傳輸系統已成為各領域的重大研究課題?？梢岳秒娫醇夹g在開關電源中加入IGBT、FACTS等可旋轉器件，改變系統結構，提高電源開關的靈敏度。無論電路傳輸系統是否一致，都需要制定詳細的設計方案，以實現電路傳輸的可靠性，并與電力電子技術應用一起擴大開關電源的市場活動。

5 結 論

隨著科學研究技術的不斷發展，開關電源在各個領域獲得了普遍運用，對其要求也越來越高。除輸出功率和耗能的規定外，對穩定性的規定也越來越高。因而必須依據技術在各領域的具體發展趨勢進行持續探索和科學研究，確保在開關電源基本特性持續提升的基礎上，外型和品質也隨之提高。