高频开关电源技术的发展与探索

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2019年第12期

高频开关电源技术的发展与探索

黄枝文

（广东顺德三扬科技股份有限公司，广东 佛山 528000）

摘 要：在科技日新月异的21世纪，开关电源技术在电力行业应用得到长足发展，一种高频开关电源技术的应用，大大提高了电源的利用效率，减小了大型电解电源的尺寸、重量，降低了生产和使用的成本。高频开关电源节能技术的发展方向，与中国节能减排口号一致。文章主要研究的是高频开关电源节能技术，通过介绍高频开关电源节能技术的内容，技术的诞生过程和发展现状，高频开关的特点及在电力行业的应用，为电气行业节能技术应用提供一定的参考。该技术在电力行业的应用，可有效促进电力工业的发展，有效节约能源，为可持续发展战略提供保障。关键词：高频；电源开关；电力行业；应用；进展中图分类号：TN86 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）12-0209-02

作者简介：黄枝文（1985—），男，大专，研究方向：高频整流电源。

高频开关电源是电力行业的新节能技术，随着人们生活水平的提高，对生活质量的要求也逐步提高，绿色环保可持续发展成为当今社会发展的主流，如何实现绿色环保发展思路下的经济腾飞，科技成为经济发展的核心。高频开关电源是通过IGBT 或MOSFET 高频工作电源，固定开关频率（50～100kHz ），在节约资源的前提下实现高效率。高频开关电源节能技术的应用是我国节能减排的重要关键技术，为绿色可持续发展提供参考。

1 开发过程中的高频开关电源技术和产品特点

1.1 发展历程

20世纪60年代，电力行业主要使用的是线性调节器式直流稳压电源，其机械体积大而笨重，损耗大、效率低、输出与输入之间存在共同的结束，难以隔离，不能提升，输出电流小。根据其特点，针对性地开发出采用脉冲宽度调制技术的开关调节器式直流稳压电源，其优点是高频化。在20世纪70年代，美国公司提出开发高频开关电源，其使用降压转换器作为开关稳压器，将电源的功率密度提高到40～50W/in3。在20世纪80年代，科学家开发了各种转换器开关稳压器，包括降压、升压、降压-升压和Cuk 转换器，原边电感式转换器（PIC ），单端原边电感式转换器。到20世纪80年代末，研究者将SEPIC 和Zeta 也应用到开关电源中，开关电源转换器增加到6种。至今，经过研究者的研究，DC/DC 转换器增加至14种。通过14种DC/DC 转换器，可以设计出具有不同性能，和不同位置的高性能，高功率密度开关电源。

1.2 高频开关电源产品特点

体积小、重量轻是高频开关电源的最主要特征，产品生产可使用全桥逆变换流技术，增加整机性能。产品设计时就设计安装自动保护报警功能并设计产品防腐蚀性能，使用小于1%的直流输出纹波系数，提高镀数，减少原材料消耗。为使用安装便捷可采用风冷式设计，带负载开关机，减少调节程序。该产品的设计使用可有效节能，提高工作效率，减少整流器的调压器和主变的消耗，减轻电镀成本。

开关稳压电源的电路自激和单独激励是根据其驱动方法人为划分的。根据DC/DC 变换器的工作模式，分

为单端正激励和反激励、推挽、半桥、全桥、降压、升压和升降压。谐振型和非谐振型是两种电路组成方式。脉冲宽度调制（PWM ）型、脉冲频率调制（PFM ）型和PWM 与PFM 混合型是根据其控制方法划分的。隔离、非隔离和变压器耦合、光电耦合是电源反馈和隔离信号耦合的主要分类方式。按照不同的方式进行的组合，可有效提高开关稳压电源的质量。

2 开关电源技术的发展趋势

开关电源技术是电力电子技术的核心，高顿开关电源技术与传统技术相比,具有体积小、重量轻的优点，可提高电源利用效率，降低企业成本。电动汽车和变频器通过使用开关电源改变使用频率，并且负载匹配和驱动控制接近理想值。各种大功率开关电源均采用高频开关电源技术，该技术的使用在电力行业中发挥着不可替代的作用。其具有以下特点。

（1）高频化发展。供电频率平方根与电容器、变压器和电感器体积重量成负相关。根据该原理，在工频增加后，诸如变压器、电感器和电容器的功率器件的体积重量大大减小，可以节省材料、电力等。替代传统高频设备，促进节能技术与开关电源相结合，提高技术含量和经济效益。每个人的生活都离不开电的使用，中国是个人口众多的国家，通过高频化开关电源设计，可保障中国众多人口的用电，提升人们生活满意度，增加生活幸福感，为社会发展做贡献。

（2）模块化发展。器件模块化、单元模块化是模块化的主要形式。传统的引线连接被模块化技术所取代，可以降低每个器件上引线寄生电感和寄生电容的影响，并提高系统可靠性。模块化的发展减小了整机尺寸，消除了传统的连线，降低了寄生参数和承载能力，便于整机制造。大功率开关电源，可采用多模块单元并联工作，采用共同分担负载电流模式，提高系统可靠性和功率容量，满足大电流输出要求，它的运用标志着高频开关电源系统化。通过模块化应用和电源监控软件的功能调节，在有负载的情况下，高频开关节能技术可稳定供电和正常运行。不仅可以节能，整流模块先开后关处理的电源技术还保证了整流模块稳定运行，延长了高频节能开关的使用时间。

（3）数字化发展。模拟信号是传统电力电子设备的控制部分设计和操作形式。随着数字信号、数字电路的发展，数字化技术在智能化的开关电源的应用得到实现。

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2019年第12期

它的优点是便于控制，能有效避免模拟信号失真，减少信号干扰，便于软件包调试、自诊断、容错等技术的结合使用。数字化控制可用于通信高频开关电源的保护与电路监控，也可在电路控制功率开关器件的驱动中使用，通信用高频开关电源控制水平的提升可通过数字信号实现。高频开关电源技术的使用，是顺应时代潮流的表现，为高频开关电源的可持续化奠定基础。加快高频开关电源节能技术数字化发展，可为节能技术与高频开关电源的发展打下坚实的基础。

（4）绿色化发展。高频开关电源技术绿色化发展包括节电和减少电网产生的污染，节电是指发电容量的节约，发电也是产生环境污染的重要因素，因此，绿色化发展就是减少污染。将高次谐波电流注入电子节能的电网是一种污染电网的方法，这将降低总功率，并且电网电压耦合将产生毛刺尖峰，严重的会出现缺角和畸变，是非常严重的污染电网的方式。开关电源工作频率可通过开关零电压或电流方式进行改观，是一种设计性最佳开关电源的新型控制技术。高频电源开关改造火电厂除尘电源，具有改造资金低，除尘效率高的优点，可大大降低能源消耗，因此成为已建火电厂高频电源开关改造的最优选择。高频电源开关绿色化的发展是一种趋势，是顺应社会发展潮流的表现。

3 高频开关电源节能技术在实际生活中的应用

3.1 在火电厂中的应用

火电厂是社会生活中一个重要的组成，其发展直接关系到千家万户的生活。高频开关电源与节能技术的应用已经成为影响火电厂发展和经济效益的关键因素。节能技术与高频开关电源技术相结合，可以促进火电厂的经济发展。可持续发展理念是当前社会发展的主流，如何将可持续发展应用到火电厂生产值得关注。通过火电厂高频电源开关的改造，为提高火电厂除尘效率，减少火电厂运营过程对环境的污染，可采用交流电源经全波整流形成直流，再输送至电厂的模式来实现，做到减少污染、降低经济投入的目标。电除尘改造技术的应用，可促进火电厂节能减排，增强火电厂社会竞争力，是火电厂可持续发展的重要途径。通过在火电厂应用该技术，可以实现提高经济效益的同时保护环境的目的，增强火电厂员工的工作积极性和自信心，为社会的良好有序发展做贡献。

3.2 在通信机房中的应用

随着经济的发展，中国通信技术迈上了新的台阶，新的科学技术的应用和推广，对行业的发展起到推动作用。高频开关电源技术是通信系统核心，是通信供电系统的主流方式。通信高频开关电源一般由主控制、检测电路和辅助电源系统组成，这些组成部件是实现有效电力转换的基础。通信高频开关电源可在电压和电流特性转换的同时，实现直流或交流电源向直流负载传输电源。效率高是通信用高频开关电源的主要优势，设备尺寸小、发热少、重量轻、能耗小、速度快也是其优势。复杂性

较高、易受电磁干扰、可能引发谐波失真是通信高频开关电源技术的缺陷，在实际应用中需要考虑其缺陷部分，合理使用该技术。通信机房的运行质量决定了企业的发展速度和经济效益，以及高频开关电源节能技术的应用。它是通信机房正常运行，提高运行效率的重要技术，是提高通信电源系统的性能和可靠性的基础，对于机房运行中形成的外界干扰有降低的作用，该技术中整流模块有热插拔、多种通信接口功能，可提高通信网络化水平，确保通信机房安全运行。3.3 在智能变电站中的应用

智能变电站的直流系统也会用到安全、可靠、性能优良的的高频开关电源技术，直流系统安全与否，是智能变电站的保障和基础，而它的稳定运行有是智能电网的坚强后盾。高效、可靠性及稳定性是智能变电站的基础条件和主要特点，如何安全的运行该系统，使用稳定的动力提供照明、开关分合闸、自控和继电保护是直流电源系统的重点职责，其必须达到这项基本要求。中国因地广且人口众多，必须提供稳定的供电系统给人们日常生活使用，故中国多数是智能变电站，这使其可靠性要求又提升一个台阶。智能变电站中高频开关电源技术的使用，是将性能优良的小型化、模块化、绿色化技术在现实生活中的合理利用，对提升日常生活中人们使用交流电源的稳定性、可靠性的做铺垫，是中国经济高速、可持续发展的具体表现。

4 结束语

电力电子科学技术的高速发展是高频开关电源技术发展的前提。科技的创新，推动电源技术的长足发展，随之产生的新型电力电子器件和高频开关电源技术，其在日常生活和工厂生产中的应用，进一步推动科技发展。传统技术中功率器件性能受限，开关电源性能受损，不能发挥功率器件各自特性，降低功率器件的使用效率和范围。科技创新带来的高频开关电源技术的使用和推广，使功率开关零电压或电流工作，工作频率性能得到提升，开关电源工作效率得到进一步提高，性能最佳开关电源得到实际应用。高频开关电源节能技术的发展推进，为电能的节约提供一种可靠的方式。通过应用该项技术，与节能技术互补结合，为中国绿色生态发展与可持续发展提供良好的保障。

参考文献：

[1]王同.大功率高频开关电源节能技术的研究及应用[J].现

代制造技术与装备,2016(2):54-55.[2]康志刚,刘捷.高频开关电源技术的发展及在火电厂的应

用[J].河北企业,2014(2):112[3]陈登伟,马渊,郭明,等.通信高频开关电源原理分析与维

修技术研究[J].通信电源技术,2016(5):95-98.[4]陈金德.开关电源的电磁干扰及其抑制技术研究[J].工程

技术研究,2017(6):134-135.