关于电力电子技术在开关电源中的应用分析

龙源期刊网关于电力电子技术在开关电源中的应用分析作者：陈勇汪克禄蒋泽永来源：《电子乐园·上旬刊》2019年第01期摘要：随着我国经济的发展和社会的进步，电力在人们的生产和生活中发挥着越来越重要的作用。半导体以及信息技术的有效推进，电力电子技术得以全面发展，同时带动着开关电源的发展，从低频转向高频，由整体化转到模块化，运行的能源消耗不断减少。比如，高频开关电源，其能够将交流输入的电流，给转化成为相应的直流输出。利用大功率开关元件，对直流高压进行转换，使其成为方波，再把方波电压，转化为低压，输出稳定的直流电压，在开关电源中，被广泛的应用。关键词：电力电子;开关电源;应用引言在社会诸多领域，电源技术都有着广泛运用，正是凭借该项技术的发展，人们的日常生活与生产发生了重大变化。开关电源凭借自身突出的技术优势，在电子设备、通信设备以及检测设备等领域有着极高的应用价值，并在进行不断完善与发展。毋庸置疑，开关电源技术的普及与电子电力技术的发展有着十分密切的联系，人们在承认其应用价值的同时要充分认识到开关电源在应用实践中存在的一些缺陷。1现代电力电子技术1.1电力电子技术的发展历程所谓电力电子技术，就是基于电力电子器件控制、转化电能的一种方法，该项技术涉及到电子、电力以及控制等学科领域。在科学技术不断发展的背景下，现代电力电子技术集现代控制理论、材料科学、微电子技术于一体，逐步发展成为了一门独立学科，具有很强的综合性和系统性。电力电子技术的发展历程可以分为三个阶段，即整流器时代、逆变器时代、变频器时代，具体阐述如下。第一，整流器时代。在大功率背景下，工业用电主要源自于工频为50Hz的交流发电机，但其中有一部分电能属于直流形式，所占比重约为1/5，最典型的领域为电解、牵引以及直流传动等。在这一阶段，大功率硅整流管与晶闸管的应用逐渐普及。第二，逆变器时代。这一阶段为20世纪70年代，在微机得到普及的背景下，电力电子装置的智能化水平有所提升。在电力电子电路不断完善的背景下，工业领域开始涌现由晶闸管组成的不同种类的电力电子装置。这一阶段，电力电子器件主要为大功率逆变用的晶闸管、门极可关断晶闸管以及巨型功率晶体管。逆变器时代，整流与逆变问题已得到解决，电力电子技术应用实践中，主要问题在于工频难以提升，大部分依然处于中低频水平。第三，变频器时代。20世纪80年代，大规模与超大规模集成电路技术研究取得了重大突破，这对电力电子技术的发展有着里程碑意义。基于集成电路技术的发展，凭借精细加工技术和高压大电流技术，全控型功率器件得龙源期刊网以形成。在新型器件不断发展的背景下，交流电机的性能得到优化;同时，高频化成为电力电子技术的主要发展方向。在此背景下，电力设备的节能性得到极大提升，并且趋向于小型轻量化发展。就技术层面而言，机电一体化与智能化对电力电子技术的发展发挥了重要作用。1.2现代电力电子技术的发展趋势在知识经济时代背景下，技术创新成为社会各领域的焦点话题，政府与企业的创新意识不断强化。作为一项新兴技术，电力电子技术集多门学科于一体，在工业领域中具有重大应用价值。基于此，未来建设电力电子技术的创新机制具有重要意义，是优化产业结构、推动产业发展的有效途径。2电力电子技术在开关电源中的具体运用20世纪末，电子与电气设备中，开关电源的应用价值已经逐渐凸显，并广泛运用于电子检测设备、控制设备以及通信设备等领域，这对开关电源技术的发展也起到了巨大的推动作用。不可否认，开关电源的缺点固然存在，例如开关电源的电路有待简化，抗射频与电磁干扰能力不强。在科技不断发展的今天，人们开始重视并逐渐解决开关电源存在的一些问题与缺陷。目前，开关电源的征集电路主要分为两种，即主电路与控制电路。其中：主电路涉及到整流滤波输入、功率转换以及整流滤波输出等三个环节，主要功能是向负载传递电网电能;控制电路以保护电路运行为主。整体科技的进步需要计算机和通信设施具有更高的性能和稳定性，UPS不间断电源便顺时而出。输入它的交流电经过整流器转换为直流输出，一部分流人电池给其充电，另一部分经过逆变器、转换开关等元器件到工作设备。不间断电源使用脉宽调制技术和大功率IGBT，降低噪声强度，提高电源利用效率和系统稳定性。2.1软开关技术基于IGBT功率器件控制的PWM电源在能耗上具有突出优势，相较于传统大功率电源的逆变主电路结构，PWM电源可以减少近40%的能耗。软开关技术借助了谐振原理，改进、优化了传统电路中缓冲电路对电压尖峰的消除和浪涌电流问题，从而简化了系统，有效控制了故障概率。傳统电路中，开关电源进行操作的瞬间会产生较大的电流和电压，如果不能利用这部分电能，就会造成能量损耗。基于谐振电路的运用，可以吸收高频变压器中的电感与电容，从而缓释晶体管等元件的压力，使电源得到充分利用，并有效维持电源的稳定性。2.2同步整流技术同步整流技术是基于软开关技术，提升开关电源效率的一种技术手段。同步整流技术通过反接的方式，处理整流开关二极管中的金属绝缘体与半导体管，使电源适应低压、大电流条件。在零电压开关与零电流开关的驱使下，同步电流产生的脉冲信号会与初始的脉冲信号进行联动，使其上升沿超远原有的上升沿，进而有效控制金属氧化物半导体场效应晶体管，并实现零电压开关方式。龙源期刊网控制技术当设计主电路时，通常需要充分考虑开关变换器的结构，分析其离散非线性特点。基于此，多路控制在开关电源中具有很强的适用性。基于调整开关电源的电子运动与时间周期，可以使开关电源具有动态性。利用基因算法、BP算法、模糊控制、微机控制以及人工神经网络技术，可以提高开关电源的智能化程度。此外，MEMS技术在开关电源中具有很高的应用价值，它可以提高微机运行的效率，促使微机或DSP在大功率开关的数字模块中充分发挥作用，从而提升开关电源的数字化水平。2.4功率半导体技术电力电子技术的发展催生了MOSFET与IGBT半导体器件。开关电源中，运用MOSFET与IGBT半导体器件，可以提升电源效率并充分利用能源。这两种晶体管的内部电阻非常小，对驱动功率没有过高要求，在能耗方面具有非常突出的优势。基于同步整流技术与控制技术的结合，可以实现斤关电源的高频化发展，从而提高开关电源的技术水平。结语电力电子技术在开关电源中的应用会随着技术的不断进步转向更加广泛的应用，高频化、模块化、智能化、节能化等必然成为其未来的应用方向。高频开关技术的应用更是标志着电子电力技术在开关电源上应用的成熟，相信不远的未来，电力电子在开关电源中的应用会进一步的突破。参考文献[1]吴重重.电力电子技术在开关电源中的运用[J].中小企业管理与科技，2016，（9）：237.[2]谢晨电力电子技术在开关电源中的应用研究[J].商品与质量，2017，（19）：92.[3]杨威，卢俊.电力电子技术在高频开关电源中的应用[J].城市建设理论研究，2012（36）.