开关电源的应用及发展

开关电源的应用及发展

【摘要】开关电源是现代电力电子设备中不可缺少的组成部分，因此得到了广泛的关注。本文介绍了开关电源的发展现状，并指出其发展趋势。

【关键词】开关电源现状发展趋势

前言

电源是对公用电网或某种电能进行交换和控制，并向各种用电负载提供优质电能的供电设备和动力装置。因此，电源的应用十分广泛，已深入到每个人的生产和生活领域。

直流电源应用很广泛，尤其在军事、医疗和煤矿等领域应用更为频繁。传统的直流电源往往采用线性电源技术，但是这种结构形式造成电源整体效率偏低，性能一般，体积较大，重量沉。因此，直流电源倾向于采用开关电源技术，使得直流电源变得效率高、性能更好、体积小、重量轻。据业内咨询机构统计，在2009年全球开关电源的市场规模都已达到160亿美元，并随着电力电子技术的高速发展，更促进了开关电源技术的快速发展和提高，应用领域也越来越广泛，在整个电源领域中开关电源所占据的比重愈来愈大。

1. 开关电源的现状

开关电源技术属于电力电子技术，它运用功率变换器进行电能变换。经过变换的电能，可以满足各种用电需求。当负载需要高要求的直流供电时，其供电电源采用开关电源。

开关电源具有功率转换效率高、稳压范围宽、重量轻等特点。开关电源由于采用大功率开关管的高频整流技术，不但可以方便地得到不同等级的电压，更重要的是甩掉了体积大、笨重的工频变压器及滤波电感电容。在传统开关电源中，由于功率器件工作在开关状态，器件常在高电压下开通，在大电流下关断时，也存在着一些问题，如射频干扰和电磁干扰大、开关

损耗大、输出纹波大、器件的安全工作区窄、电路对分布系数比较敏感等缺点。随着电力电子技术的发展，特别是功率器件的更新换代、功率变换技术的不断改进、新型电磁材料的不断使用、控制方法的不断进步以及相关科学的不断融合，开关电源的缺点正逐步得到克服，射频干扰和电磁干扰已经被抑制在一个很低的水平上，输出纹波可以达到几毫伏以下。因此，开关电源是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

2. 开关电源的发展趋势

开关电源的许多方面的运用已经趋于成熟，将来的发展趋势是高频，高可靠性，高性能，低耗，低噪声，模块化。文献介绍了功率的增加必然导致电源内部电磁环境的复杂，由此所产生的各种电磁干扰对电源本身和附近的其他电子设备的正常工作带来了严重的影响，即既是干扰源，又是被干扰者。电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，简写EMC）设计的目的是使开关电源在预期的电磁环境中实现电磁兼容。电磁兼容问题已成为当前研究的热点，一些发达国家已有EMC技术的规范和标准。我国虽然在EMC方面工作起步较晚，有关部门也正颁布相关指令，跟上国际步伐。

开关电源也对功率器件提出了更高的要求：耐压高、电流大、导通电阻小，恢复速度快。由于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）具有很快的开关速度，因此开关电源的开关频率可以做得更高，重量更轻，功率密度更大，电源体积更小。提高器件耐压，同时减小导通电阻仍是今后MOSFET的主要研究方向。开关电源的性能指标，如纹波、精度、久冲、过冲等受到功率铁氧体材料技术及功率器件性能的限制，与电源发达国家还有很大的差距，开关电源高频化是其发展方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。但是高频化存在一些新的问题有待解决，如开关损耗、无源元件损耗增大、高频寄生参数及高频电磁干扰增大等。

综上，开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关。高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。发展功率MOSFET等新型高速器件，开发高频用的低损磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法等，对于开关电源的发展有着巨大的推动作用。

3. 结束语

总的来说，在电力电子技术的不断发展与创新的背景下，开关电源技术在理论方面将取得更大的突破，其产业方面也有着广阔的发展前景，开关电源技术也更将趋于可靠、成熟、经济、适用。

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