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开关电源的新技术应用与发展研究

2020-02-28 497 上传者：管理员

摘要：近年来，随着通信业的快速发展，开关电源获得了更多的应用，在性能方面也凸显了不断优化的特性。基于此，在本文中，将就开关电源的新技术及应用进行一定的研究，以供参考。

关键词：
开关电源
性能
新技术
集成化与模块化
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1、引言

开关电源是一种高效节能电源，在实际应用过程中，具有能耗低、重量轻与体积小的特点，并因此获得了广泛的应用。同时，在近年来不断研究的过程中，该技术也获得了快速的发展，需要能够做好技术应用的把握。

2、开关电源新技术

2.1 集成化与模块化

对于集成化来说，即是在一块芯片中对多层厚膜沉底技术驱动逻辑与安装元件进行应用，以此获得良好的预期效果。对于模块化来说，则是单元电路同期间的模块化，在开关电源具有较高频率的情况下，使引线的寄生电容、寄生电感随之增加，也使得器件具有了较大的承受应力。通过模块化设计方式的应用，能够使开关电源在实际应用中具有灵活、便利的特点，在不具有连线的情况下对寄生效应进行有效的减少，同时降低器件在运行当中所承受到的应力，以此有效的提升开关电源可靠性。

2.2 高频化

在微处理器尺寸逐渐缩小的情况系，电源原有的尺寸已经无法对具体应用的需求进行满足，对于电源的重量以及紧凑结构具有了较高的要求。在该情况下，提升开关电源的频率则成为了重要方式。根据理论可以了解到，对于电气产品来说，其重量、体积同频率提升间存在反比的情况，当频率增加时，电器设备的重量、尺寸将明显变小，而在较高频率的情况系，电磁兼容性问题也将愈发突出，使PCB板结构具有十分复杂的特点，且导线参数、功率器件等也将影响到系统，对此，即需要能够做好频率的控制，避免出现无限高的情况。

2.3 功率因数校正技术

在应用电容滤波的情况下，则能够在AC/DC转换器输出端获取平滑直流输出电压，在该情况中，也存在输入电流畸形情况，是同整流二极管与电容共同工作用后形成的，此时如果删除滤波电容器，电流输出则将因此发生变化，在形成近似正弦波后，提升变压器的输入端功率，并降低电流谐波。但在整流电路输出方面，则为脉动波，而不再是直流输入电压，为了保证电压在直流输出方面具有较为平滑的特点，当输入电流是正弦波时，即需要应用功率因数校正电路，具体来说，即是在滤波电容同整流电路间增加电路，在点入输入的情况下做好输入电压的跟踪处理。为了能够对该目标进行达成，不仅可以应用无源电路，也可以结合实际情况选择应用有源电路。

2.3.1 无源滤波器电路

对于该技术来说，即是将电感在电容器同桥式整流器当中串联，以此起到增加二极管导通时间的效果，能够有效的降低输入电流幅值，也可以在交流侧连接谐振滤波器，能够实现三次谐波的有效消除。该方式虽然在实际应用中较为简单，但也存在一定的缺点，电流谐波较大，且对阻抗负载的要求很高。无源PFC方面，荧光灯电子整流器是其基础，滤波电容为串联连接，在应用二极管基础上对二极管导通角进行扩大，以此实现输入侧功率因数的提升。

2.3.2 有源功率因数校正技术

输入电压是该技术当中的参考信号，应用输入电流跟踪参考信号，通过该方式对同低频分量相同频率、波形进行获得，并使谐波在抑制效果方面具有较好的表现。根据具体类型的不同，也可以分为间接、直接两种方式。在应用直流控制方式时，则可以比对参考电流，通过输出电流误差对开关动作进行控制。直流控制方面，其类型则包括有平均电流、峰值电流以及滞环控制这几种类型。其中，峰值电流控制很少使用，因次谐波振荡情况的存在，会提升功率因数校正工作的难度。滞环控制为变频控制类型，能够达到纯正弦平均电流。同这两种方式相比，平均电流在实际应用当中具有简单的操作特征，具有较好的控制效果，也是目前具有广泛应用的一种控制方式。间接电流方面，则能够对输入电感电压的相位、幅值进行控制，使输入电压同电感器电流具有同相的特点，在实际操作当中也具有简单的特征。

2.4 软开关技术

对于PWM开关电源，在以硬切换方式工作时，在切换中电压以及电流存在一定的波形重叠问题，并因此使开关具有消耗。且开关频率增加同该损耗情况具有正相关的关系。在该情况下，对于电流、电压波形不重合的方式进行研究十分重要，即零电压开关技术，该方式也叫做软开关技术。近年来，该技术具有较多的应用，并在实际应用发展中有效的提升了开关电源效率。

3、技术发展方向

在技术要求不断提升的情况下，相关技术也处于积极研究发展状态当中。就目前来说，所具有的新技术类型有：

第一，绿色化。就目前来说，分布式体系结构具有了较多的应用，在该情况下，高频化、高功率密度则成为了开关电源的主要发展方向。在应用当中，开关电源之所以能够形成电网的污染，主要是在输入侧具有尖峰脉冲波形。目前，IEC在该方面具有较多标准的制定，以此避免电器在运行中存在对电力电网造成污染的情况。通常应用的方式，即是在转换器上安装一级有源功率因数矫正器PFC，以此实现对功率因数的提升。该情况的存在，不仅能够对谐波电网的污染情况进行有效的控制，且在软开关、IGBT等技术在电力电子电路当中应用的情况下，也使得功率转换器具有了更高的频率，使结构具有更为紧凑的特征；

第二，抗电磁干扰。在分布式体系中，其功率密度更大、开关电源体系更小，且开关频率具有较高的特点。这部分情况的存在，则将会同噪声降低与电磁干扰抑制间存在矛盾。在运行中，电源也将形成射频干扰，这也同变换器波形具有一定的联系。而在主回路射频干扰当中，噪声级别则同变换器的电路使用具有直接的联系；

第三，高功率因数。在运行过程当中，AC/DC电源开关电容滤波电路、整流处于输入侧，该情况的存在，则将形成尖脉冲状输入电流波形，以此有效的降低整体效率。对于该种情况，即需要能够校正好有源功率因数，以此使因数数值为1；

第四，宽输入电压范围。为了能够更好的适应不同国家的电网电压规格，对于电源的输入电压范围也具有了较高的要求，需要具有较宽的特点，且保证电源能够应用为电池后备电源；

第五，扩大输出电压范围。在AC/DC开关应用在计算机与工作站的情况下，则将进一步提升输出电压所具有的供电需求。对于部分开关电源，其输出电压最低为1.8V，该情况的存在，对整流二极管性能则具有了较高的要求。通过同步整流技术的应用，根据MOSFET开关与传导特性即能够有效的降低电路损耗。近年来，很多公司已经对100mΩ以下电阻的MOSFET产品进行了研发，当输出电流为10A时，则能够有效的降低损耗；

第六，过压过流保护。在电源当中，需要能够对可靠的过电流、过电压保护电路进行配备。在该情况下，当出现过载、短路与过压情况时即能够实现对电源进行切换，使开关电源在稳定性、可靠性方面具有更好的表现；

第七，模块化技术。对集成电路技术进行应用，将超小型电解电容、电感与控制IC组装为一体。在模块化电源中，同以往整机电源具有更为简单、轻巧的特点，在稳定性方面也具有更好的表现，同整机电源相比在维修、安装方面具有快捷的特点。

4、结束语

在上文中，我们对开关电源的新技术及应用进行了一定的研究。在未来工作中，需要能够充分结合实际需求做好技术的研究与应用，保证电源供应的安全性、稳定性，进一步提升电力电子技术应用水平，更好的满足生产需求。

参考文献：

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