摘要:隨著新時(shí)代的發(fā)展,電力電子技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品,其中最典型的就是在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用。

　　引言

　　我國(guó)電力電子技術(shù)中廣泛引進(jìn)信息電子技術(shù)以及半導(dǎo)體技術(shù),這使得電力電子技術(shù)朝著高頻方向發(fā)展。電力電子技術(shù)主要包括變流電路、電子器件、控制電路。開(kāi)關(guān)電源主要借助電力電子技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體器件開(kāi)通和關(guān)斷的控制,保證電壓輸出穩(wěn)定。開(kāi)關(guān)電源相較傳統(tǒng)的線(xiàn)性穩(wěn)壓電源占地較小且應(yīng)用效率高,因此廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電子產(chǎn)品中。但與此同時(shí),開(kāi)關(guān)電源在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中受到電磁干擾的影響,而且電路分布復(fù)雜,受到射頻干擾程度較大。開(kāi)關(guān)電源中的整機(jī)電路由控制電路以及主電路進(jìn)行控制,其中,整機(jī)電路主電路復(fù)雜電網(wǎng)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞,包括輸出整流濾波、輸入整流濾波以及功率轉(zhuǎn)換。

　　1 現(xiàn)代電力電子技術(shù)特點(diǎn)

　　電力電子技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。最早應(yīng)該追溯到第一個(gè)晶閘管(FGH)的誕生。“晶閘管”是美國(guó)一家通用電氣公司的問(wèn)世標(biāo)志, 為電力電子技術(shù)的發(fā)展開(kāi)了先河,并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。目前很多家用電源開(kāi)關(guān)內(nèi)部使用的都是FGH,是第一代半控型器件,不能自行關(guān)斷,需要使用者根據(jù)需求進(jìn)行操作。以FGH 為核心的變流電路在電子能源轉(zhuǎn)換過(guò)程中扮演著重要的角色,主要功能是使交流變成直流,為用戶(hù)提供全面的安全服務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,電力電子技術(shù)水平也呈現(xiàn)出不斷發(fā)展的趨勢(shì)。傳統(tǒng)的FGH 逐漸被“GTR、GTO”等新穎的電力轉(zhuǎn)換器件所代替,從“傳統(tǒng)電力電子技術(shù)”向“現(xiàn)代電力電子技術(shù)”轉(zhuǎn)變。電力電子器件的研究和開(kāi)發(fā),也推動(dòng)了當(dāng)前電力行業(yè)的進(jìn)步,使人們進(jìn)入高頻化和智能化的電力時(shí)代。“IGBT”的出現(xiàn),更是實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)之間的非同期互聯(lián),解決了很多電源開(kāi)關(guān)的不穩(wěn)定問(wèn)題,避免電路中出現(xiàn)短路和功損。很多家居用品和用電器等,都需要配置相應(yīng)的開(kāi)關(guān),才能為用戶(hù)提供便利,有效的實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)和電路互通。在電源開(kāi)關(guān)系統(tǒng)中加入電力電子應(yīng)用,是新時(shí)期的科技需求,也是每個(gè)家電設(shè)計(jì)工作者需要掌握的重點(diǎn)技術(shù)。影響電力傳輸?shù)囊蛩赜泻芏?比如“電路的距離、電壓的大小、傳輸電線(xiàn)的質(zhì)量、電路設(shè)備的品牌”等,這些都會(huì)影響電流在線(xiàn)路中的傳輸速率。如果電路距離過(guò)長(zhǎng)、電壓強(qiáng)度不夠、電路設(shè)備不夠完善,就有可能降低電源開(kāi)關(guān)的反應(yīng)靈敏度,增加電路能量的消耗。此外,有的用戶(hù)不注意用電安全,反復(fù)使用電源開(kāi)關(guān),就會(huì)導(dǎo)致短路電流,燒斷保險(xiǎn)絲等問(wèn)題出現(xiàn),甚至產(chǎn)生漏電的危險(xiǎn),對(duì)用戶(hù)的人身安全產(chǎn)生威脅。所以新時(shí)期的電力工作者必須事先預(yù)想這些可能存在的安全隱患,做出有效的應(yīng)對(duì)政策和解決措施,加大電力電子技術(shù)在電源開(kāi)關(guān)中的應(yīng)用。傳統(tǒng)的電力傳輸系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單,不存在電容充電電流,電力的功率損耗也相對(duì)較小,這適合小家電的用戶(hù)使用。很多大型的家用電器,比如“電冰箱、洗衣機(jī)、電視機(jī)、跑步機(jī)”等,就需要改變傳統(tǒng)的電力傳輸系統(tǒng),采用高壓直流輸電輸送的方式,使電源系統(tǒng)擁有較快的調(diào)節(jié)速度,方便用戶(hù)的操作,并且投入到市場(chǎng)當(dāng)中使用。這些大功率的電子器件,電流的傳輸形式和傳統(tǒng)的小電路不同,用戶(hù)在使用時(shí)必須注意安全,建立有效的防范意識(shí),逐漸改善高壓直流輸電設(shè)備的性能。

　　2 現(xiàn)代電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用

　　采用電力電子技術(shù)中的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)能夠有效降低開(kāi)關(guān)電源的故障發(fā)生率。借助IGBT 功率器件對(duì)開(kāi)關(guān)電源中PWM 進(jìn)行控制,從而解決大功率電源逆變主電路結(jié)構(gòu)的能源消耗問(wèn)題,降低開(kāi)關(guān)電源的能耗。應(yīng)用諧振原理解決傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的浪涌電流問(wèn)題,并有助于減緩電壓尖峰,降低系統(tǒng)故障發(fā)生概率。諧振電路在進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)能夠?qū)Ω哳l變壓器中的電容、電感進(jìn)行吸收,降低開(kāi)關(guān)電源的能耗,同時(shí)能夠?yàn)榫w管等元件進(jìn)行減壓。相比于傳統(tǒng)電路開(kāi)關(guān)啟動(dòng)造成的巨大能耗損失,采用電力電子技術(shù)能夠有效保證開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行的穩(wěn)定性,提高開(kāi)關(guān)電源的利用率。此外,電力電子技術(shù)中的同步整流技術(shù)能夠有效提高開(kāi)關(guān)電源的運(yùn)行效率。同步整流技術(shù)將整流開(kāi)關(guān)二極管部位的金屬絕緣體的二分之一進(jìn)行反接,使同步電流通過(guò)零電壓/電流開(kāi)關(guān),實(shí)現(xiàn)對(duì)同步整流的初始脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng),以這種方式實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)。通常情況下,同步整流技術(shù)適用于一些電壓較低、電流較大的開(kāi)關(guān)電源中。電力電子技術(shù)中的控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多路電流/電壓的控制。在控制技術(shù)實(shí)施過(guò)程中,主電路的設(shè)計(jì)需符合開(kāi)關(guān)變換器結(jié)構(gòu)要求,并具備離散非線(xiàn)性的特點(diǎn)。控制技術(shù)具有其動(dòng)態(tài)性,能夠利用時(shí)間周期的變化對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行控制。在開(kāi)關(guān)電源控制技術(shù)中應(yīng)用到的算法包括:基因算法、模糊算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法等等。這些算法的應(yīng)用可以保證計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度有所提升,并且使開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行更加智能,實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的高效化、數(shù)字化、模塊化。

　　3 現(xiàn)代電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的發(fā)展

　　開(kāi)關(guān)電源在運(yùn)行過(guò)程中具備安全、高效、可靠、節(jié)能、低噪等顯著優(yōu)勢(shì),現(xiàn)階段,常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)電源中采用雙極性晶體管,這種型號(hào)的開(kāi)關(guān)電源在頻率控制上仍有待提高。因此,開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用趨勢(shì)應(yīng)以提升開(kāi)關(guān)元器件的開(kāi)關(guān)頻率為主,這樣才能夠有效的保證開(kāi)關(guān)電源的頻率,達(dá)到節(jié)能減排的目的。考慮到提升開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)速度會(huì)對(duì)電路中分布電感和電容產(chǎn)生干擾,致使二極管存儲(chǔ)電荷存在浪涌情況。為例對(duì)存儲(chǔ)電荷的浪涌情況進(jìn)行控制,可根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的應(yīng)對(duì)方法。一般來(lái)說(shuō), 可采用L-C 緩沖器、磁緩沖器等輔助元器件控制浪涌。針對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源而言,可采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)對(duì)存儲(chǔ)電荷涌浪情況進(jìn)行控制。諧振式開(kāi)關(guān)電源能夠降低開(kāi)關(guān)啟動(dòng)過(guò)程中的能源損耗,但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)在高頻開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用中仍存在諸多難以攻克的技術(shù)難題?，F(xiàn)階段,國(guó)際上針對(duì)開(kāi)關(guān)電源的運(yùn)行電流耗電情況,已經(jīng)展開(kāi)了相關(guān)研究,有學(xué)者通過(guò)降低開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行電流的方式,輔助降低結(jié)溫措施,控制開(kāi)關(guān)電源中器件應(yīng)力,從而保證開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品的可靠性, 能夠解決開(kāi)關(guān)電源存儲(chǔ)電荷的涌浪以及噪聲等問(wèn)題,具有一定的實(shí)用性。當(dāng)前,開(kāi)關(guān)電源模塊化發(fā)展推進(jìn)了電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用成效。通過(guò)設(shè)置開(kāi)關(guān)電源中的模塊化電源組,能夠?qū)㈤_(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)進(jìn)行分布控制。為了能夠降低模塊化開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)功率,可在模塊化開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)過(guò)程中加入濾波器,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)電源存儲(chǔ)電荷的涌浪的有效控制,從而提高模塊化開(kāi)關(guān)電源的實(shí)用性。電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用使得開(kāi)關(guān)電源性能更加穩(wěn)定。

　　結(jié)語(yǔ)

　　目前,各類(lèi)開(kāi)關(guān)電源由于采用了現(xiàn)代化的電力電子技術(shù)和電力電子器件,有效地提升了運(yùn)行效率,減少了開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)的工作量,使其朝著越來(lái)越智能化、高效化和節(jié)約能源的方向不斷改進(jìn)。隨著電氣工程和電子信息科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步,電力電子技術(shù)作為一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù),在我國(guó)的應(yīng)用領(lǐng)域也一定會(huì)越來(lái)越廣泛。高頻開(kāi)關(guān)電源的改進(jìn)和制造不僅標(biāo)志著我國(guó)近年來(lái)在電力行業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)取得了重大突破,同時(shí)也標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的深入研究和探索。在不久的將來(lái),新一代電氣工程和信息工程必將在開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的高頻化、智能化等方面不斷實(shí)現(xiàn)新的突破。作為重要的科學(xué)技術(shù)支持,電力電子技術(shù)在經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域廣泛使用,并具有非常有前途的發(fā)展前景。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]頡風(fēng).電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程,2020(23):218-219.

　　[2]孫洪海.電力系統(tǒng)中電力電子技術(shù)的特點(diǎn)及其應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2020(4):45-46.

　　[3]張純亞,何林,章治國(guó).開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展綜述[J].微電子學(xué), 2018(2):255-260+272.

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