电力电子技术开关电源探析

摘要：电力电子技术是开关电源的技术支撑，只有围绕电力电子技术在开关电源中的应用及发展进行探究，改进、完善措施，才能够真正推动技术创新与发展。鉴于此，详尽介绍了电力技术与开关电源技术，并结合电力电子技术在开关电源中的具体运用进行了探讨，以期为相关人员提供参考。

关键词：开关电源；电力电子技术；电源技术

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]。基于此，人们有必要围绕电力电子技术与电源技术的融合与发展进行探讨、研究，分析开关电源存在的问题并提出有效策略，将电力电子技术融入其中，提高开关电源的技术水平，克服技术难题，以此推动电力电子技术及开关电源技术的进步与发展。

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[2]。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。20世纪90年代，电力电子器件的发展趋于高频化、标准化、模块化以及智能化。根据电力电子技术发展现状可知，高频化与智能化已经成为电力电子技术的主流趋势，在此背景下，机电设备的响应速度与工作效率必然得到全面提升。

2现代电源技术

现代电源技术与电力电子技术有着十分密切的联系，多体现在电力电子半导体器件上，并融合了自动控制技术、计算机技术以及电磁技术等多项技术手段，具有非常广阔的应用范围。根据分类标准可以将电源分为不同种类，例如根据输入、输出可将电源分为AC-AC、AC-DC、DC-AC、DC-DC等；以工作状态为依据，可将电源分为线性电源、二极管稳压电源以及开关电源。本文主要围绕开关电源中电力电子技术的运用展开探讨。在电力电子技术不断发展的背景下，开关电源技术逐渐趋于成熟，其发展方向主要体现在以下几个方面。第一，技术模块化、智能化。模块化电源技术一方面指功率器件，另一方面指电源单元。在新型技术的支持下，电源对不同模块进行集成化处理，如此开关电源占用空间就会变小，器件更加稳定，系统的可靠性得到提升。输出稳压电路模块化发展提高了电源使用的灵活性与便捷性。第二，数字化与多元化是开关电源技术的发展趋势。正如上文所述，电子技术具有很强的综合性，涉及了诸多学科领域，其中电源技术主要包括功率转换、数字化控制、高频变换等技术内容。为进一步提高技术创新性，电源技术的发展必然要充分结合行业发展动态，不断更新自身知识技能，从而实现多元化与数字化发展[3]。

3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[4]。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。3.1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。传统电路中，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[5]。3.2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。3.3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。3.4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，可以实现开关电源的高频化发展，从而提高开关电源的技术水平。

4结论

总而言之，电力电子技术在开关电源中具有很高的应用价值。未来电源技术的发展进程中，人们应致力于研究电力电子技术与电源技术的融合问题，提高开关电源的技术水平，促使其在实践中充分发挥应有的作用与功能，为推动相关领域发展提供有力支持。

参考文献：

[1]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.

[2]曲子君.电力电子技术在开关电源中的应用研究[J].化工管理，2016，（9）：129.

[3]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.

[4]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（电子版），2012，（36）：25.

[5]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:李润杨 单位:连云港杰瑞电子有限公司