学术争鸣
浅谈电力电子技术在开关电源中的应用
文/田兴新
摘要：电力电子技术在当今社会中已被广泛应用，对发展和生活水平的提高起到了不可替代作用。文章分析了电力电子技术在开关电源中的应用。关键词：电力电子技术；开关电源；应用一、电力电子技术发展及特点分析电力电子技术是把电子技术应用于电力系统中，保证电力系统的稳定运行，提高电力系统供电质量。随着科技水平的不断提高，许多新的材料被应用与电力系统中，为电力系统中电力电子技术的应用提供了支持，电力电子技术的在电力系统中的应用，实现对电力的有效控制，用户可以更方便的使用电能。在现代化电力系统中电力电子技术的应用时必不可少的，电力电子技术包括材料期间的制造技术和电子电路的变流技术。电力电子技术的发展经历了第一代半控型电力电子技术，第二代全控型电力电子技术和第三代复合型电力电子技术，目前电力电子技术的主要发展方向是小功率的集成电路，小功率的集成电路技术把驱动、控制和功率器件技术综合在一起，最大的优点是降低功率。随着自关断器件的应用，高频化成为电力电子技术的发展方向，电力电子的控制技术在新阶段的应用还包括无功率功率控制和神经元控制等方面，目前在电力电子控制技术中传统的模拟控制已经不能满足电力电子技术发展的需要，取而代之的是微处理器的数字控制技术。二、开关电源的介绍（一）开关电源的分类1.可以根据输入和输出的类型，将开关电源分为DC/DC和AC/DC变换器两种。2.可以通过驱动方式的不同将开关电源分为自励式和他励式两种。3.可以根据控制方式的不同，将开关电源划分为三种：一是脉冲宽度调制式（PWM）；二是脉冲频率调制式（PFM）；三是脉冲宽度调制式和脉冲频率调制式混合。4.依据电路组成可以将开关电源分为谐振型和非谐振型。除了以上四种分类，还可以将开关电源分为单端正激式和单端反激式；推免式和降压式、升压式或者升降压式等。（二）开关电源的发展趋势开关电源逐渐朝着高频、高可靠、低耗和低噪声等方向发展，不断地提高自身的抗干扰性和模块化性。就现如今市场中的开关电源，主要是利用双极性晶体管制作而成的，需要进一步的提高其频率，并且也要提高开关频率，通过高速开关元器件的运用达东芝的将这种技术应用于空调技术中，国内90年代开始应用这种变频技术，极大的节省了电能。（四）直流-直流变换器1.通信电源。通信业的快速发展促使电源行业的快速发展，目前频率高体积小的电源是通信业的主流。通信设备中所用的集成电路种类繁多，电源电压要根据不同的情况使用有所不同，在通信供电系统中采用高功率密度的高频DC-DC隔离电源模块可以减小损耗、方便维护和安装。2.空间电源控制器。空间电源控制器是航天器电源系统的重要组成之一，作为大功率开关电源，主要功能是通过电能变换将太阳帆板产生的电能输送给航天器载荷，适时对蓄电池充放电，维持航天器能量平衡及供电母线的稳定。考虑到空间环境的复杂206成。为了有效保证开关电源的效率，需要不断减少开关的损耗。在提高开关速度之后，电源电路中的电感和电容以及二极管中的储存电荷会受到影响，从而产生浪涌或是噪声。因此为了有效地控制浪涌，需要对不同的情况进行分析，利用R-C或是L-C的缓冲器和非晶态等磁芯制成的磁缓冲器以及谐振式。谐振式开关在进行浪涌控制的时候，能够有利于降低损耗。为了追求开关电源的高频化，可能会导致噪声的增加，因此需要采用谐振转换电路技术，在实现高频化的同时降低噪音，但是还存在实用化方面的问题，因此需要展开不断的研究。三、电力电子技术在开关电源中的应用（一）技术应用1.软开关技术。IGBT功率器件控制的PWM电源可以克服传统大功率电源逆变主电路结构的高耗能问题，是能耗降低30%-40%。软开关技术采用谐振原理，克服传统电路使用缓冲电路消除电压尖峰和浪涌电流问题，从而使系统趋于简单，降低故障发生的可能性。传统电路在开关启动和关闭的瞬间会产生极大的电流和电压，瞬间产生的电压无法有效利用，从而增加能耗。2.同步整流技术。同步整流技术时在软开关的基础上进一步提升效率的技术，它通过作整流开关二极管的金属绝缘体一半导体管反接，适用于低压、大电流的电源上。同步电流通过零电压开关和零电流开关，它们驱动同步整流的脉冲信号与初始的脉冲信号联动，将其上升沿超过原来的上升沿，降低延迟以实现金属一氧化物半导体场效应晶体管和零电压开关方式。3.控制技术。主电路的设计必须满足开关变换器的结构不同、离散非线性的特点，因此开关电源要使用多路控制。开关电源的动态性可以通过电子运动和时间周期的增减来控制实现，开关电源的智能性可以通过基因算法}BP算法、模糊控制、微机控制、人工神经网络等技术实现。MEMS技术发展使微机运算的速度巨大提升，微机或者DSP应用到大功率开关的数字模块的实现更加促进电源数字化和高效化的实现。（二）不间断电源不间断电源（UPS）是计算机、通信系统以及要求提供不能中断场合所必须的一种高可靠、高性能的电源。现代UPS普遍了采用脉宽调制技术和功率M0SFET、IGBT等现代电力电子器件，微处理器软硬件技术的引入使得其实现了对UPS的智能化管理。（三）变频器电源变频器电源主要用于交流电机的变频的调速，随着日本性，对空间电源控制器除小型化、轻量化的要求外，更重视其可靠性，因此，工业和民用领域的电力电子技术在向空间领域开关电源应用拓展时还要进行充分验证及可靠性评估。四、结束语电力电子技术的发展虽然已趋缓，且在民用领域日趋成熟，但相较之下，在航天领域的应用尚新，仍具有很强的应用前景。本文分析了电力电子技术在开关电源中的应用，以期对航天开关电源的应用发展提供一些借鉴。参考文献：[1]刘金华，朱春媚.电力电子技术的小功率开关电源设计[J].中国教育技术装备，2015，14：157-159.（作者单位：国电南瑞科技股份有限公司）
