高頻開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

方 赦

（馬鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽 馬鞍山 243000）

0 引 言

國(guó)家發(fā)展快速，推動(dòng)著電子技術(shù)應(yīng)用愈加廣泛。傳統(tǒng)的電力電子技術(shù)對(duì)比較落后，已不能適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)的快速發(fā)展，所以高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。我國(guó)的科技發(fā)展離不開(kāi)電源，電源的技術(shù)應(yīng)用涉及到生活的方方面面。電力電子技術(shù)會(huì)隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步而不斷更新?lián)Q代，如新能源汽車的出現(xiàn)對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電力技術(shù)形成了巨大的推動(dòng)力。

1 高頻開(kāi)關(guān)電源

1.1 高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)

高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展快速，需不斷開(kāi)發(fā)新技術(shù)，不斷改革創(chuàng)新。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的特點(diǎn)非常明顯，主要包括以下幾個(gè)方面[1]。第一，高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)的市場(chǎng)需求大。當(dāng)前，我國(guó)強(qiáng)調(diào)保護(hù)環(huán)境、治理環(huán)境，而高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)契合了這一點(diǎn)。在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)用廣泛。電動(dòng)汽車不斷增加，但配套設(shè)施并不完善，導(dǎo)致電動(dòng)汽車的快速發(fā)展和充電設(shè)備之間成為矛盾。這對(duì)充電設(shè)備發(fā)展來(lái)說(shuō)是一個(gè)好的契機(jī)，可大量應(yīng)用高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)以促進(jìn)充電設(shè)備發(fā)展。第二，國(guó)家政策的支持。國(guó)家能源部、住建部對(duì)新能源汽車非常支持，且對(duì)新能源汽車給予很大的補(bǔ)貼。國(guó)家和地方財(cái)政、政策等方面的大力支持，極有助于高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)的發(fā)展。第三，相比傳統(tǒng)的技術(shù)更加先進(jìn)。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)優(yōu)化了模塊化，模塊化縮小后體積也會(huì)相應(yīng)減小。對(duì)于大功率電器來(lái)說(shuō)，一般會(huì)有較多的模塊，主要是為了分擔(dān)電流。當(dāng)某一模塊出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，其他模塊可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不會(huì)對(duì)電器產(chǎn)生很大影響。

1.2 高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展現(xiàn)狀

高頻開(kāi)關(guān)電源非常受歡迎，因?yàn)樗褂梅奖?。需要說(shuō)明的是，換式電源、開(kāi)關(guān)變換器是高頻開(kāi)關(guān)電源的別稱[2]。高頻開(kāi)關(guān)電源的主要作用是將確定輸入的電壓通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換成自己需要的電源。例如，可以購(gòu)買(mǎi)高頻開(kāi)關(guān)電源，自由變換電壓以滿足需要。在所有的電力電子技術(shù)中，高頻開(kāi)關(guān)電源是比較核心的技術(shù)，也是最受歡迎、應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛的技術(shù)。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)中的變頻功能是高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)中的核心。例如，新能源汽車就是使用變頻技術(shù)；享譽(yù)國(guó)內(nèi)外的大品牌——格力空調(diào)，主打變頻技術(shù)，變頻空調(diào)不僅制冷較好，而且可以大量節(jié)省電量。新能源汽車和格力變頻空調(diào)都是利用開(kāi)關(guān)電源改變電器的用電頻率，以提供適合的電量來(lái)供應(yīng)電器運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，最初的電腦電路系統(tǒng)需要一間屋子來(lái)承載，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的電力電路非常復(fù)雜且龐大，自從出現(xiàn)了高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，電路變得簡(jiǎn)單和便攜。例如，軟開(kāi)關(guān)和硬開(kāi)關(guān)的結(jié)合技術(shù)也在不斷進(jìn)步。ZCT和ZVT技術(shù)進(jìn)步也兼有軟開(kāi)關(guān)耗能低、頻率高、效率高的特點(diǎn)，電路體積和重量隨之下降。這樣不僅可以節(jié)約用電，還可以節(jié)約材料，節(jié)省占地面積，節(jié)約鋪設(shè)電路的成本。簡(jiǎn)言之，高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，發(fā)展前景樂(lè)觀，將隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步而進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)不斷擴(kuò)大。例如，高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，逐漸淘汰線性電源，且開(kāi)關(guān)頻率可以達(dá)到兆赫茲級(jí)，體積也在向小型化方面發(fā)展。

2 高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的技術(shù)分析

2.1 高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的控制技術(shù)

高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的性質(zhì)非常復(fù)雜，具有離散性、強(qiáng)非線性以及變結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。由于高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的主要功能是變換電量滿足所需的電壓，所以最主要的線路一定要保障電路電量變換，這樣會(huì)使高頻開(kāi)關(guān)電源的控制方法和控制器的研究變得比較復(fù)雜。高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)中應(yīng)用較多的是多環(huán)控制和電流型控制。要想提高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的性能，可以使用電荷控制等方式[3]。在高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)未來(lái)的發(fā)展中，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制已經(jīng)引起了人們的關(guān)注，可以利用高科技監(jiān)控高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)研究中的一些精密數(shù)據(jù)，以提高效率，提升高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的精確度。

2.2 高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的專用集成電路

高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)不同于傳統(tǒng)的電源技術(shù)，需要專用的集成電路。集成電路是高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的指揮系統(tǒng)和控制的中心，要完成的工作非常多，如自動(dòng)保護(hù)、變頻調(diào)節(jié)、檢測(cè)傳感等。專用的集成電路主要包括數(shù)字電路和模擬電路，集成電路的主功能是為了更好地調(diào)節(jié)電壓，讓調(diào)節(jié)速度更快、電量更多。

3 高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的穩(wěn)定化

社會(huì)的快速發(fā)展推動(dòng)著高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)電力，各個(gè)領(lǐng)域的用電量越來(lái)越大，對(duì)電流的輸送要求也越來(lái)越苛刻，要求電流的穩(wěn)定化和持續(xù)化。排風(fēng)扇、光耦合器等是影響電路穩(wěn)定的主要因素?，F(xiàn)在的高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)主要克服的是電流的穩(wěn)定化，利用模塊化技術(shù)可以改善、優(yōu)化這種情況。穩(wěn)定性的問(wèn)題會(huì)影響用戶的使用感，導(dǎo)致用戶的體驗(yàn)感下降。但是，這種技術(shù)問(wèn)題在不久的將來(lái)都會(huì)被解決。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)得到了飛快發(fā)展。ZVS、ZCS軟開(kāi)關(guān)技術(shù)在高頻開(kāi)關(guān)技術(shù)的利用中成為發(fā)展主流。將來(lái)的技術(shù)會(huì)使高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)變得更加強(qiáng)大、優(yōu)化。

3.2 噪聲減小

以往的技術(shù)是頻率越大噪聲越大，這是高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)需要研究的技術(shù)問(wèn)題。諧振技術(shù)是減小噪音同時(shí)可以提高效率的一種技術(shù)。例如，冰箱的頻率非常大，當(dāng)冰箱工作時(shí)產(chǎn)生的噪音也非常大，是高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)未來(lái)研究的方向。在減少噪音方面，有學(xué)者提及應(yīng)用諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)控制噪音問(wèn)題。

3.3 節(jié)約成本，節(jié)約能源

國(guó)家對(duì)能源資源管理非常嚴(yán)格，因?yàn)閲?guó)家環(huán)境遭受了嚴(yán)重破壞，自然資源、能源不斷在減少。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)一直是需要攻克的技術(shù)問(wèn)題，以適應(yīng)新型電器的出現(xiàn)。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的研發(fā)對(duì)大功率電器是一種福音，可以大大提高大功率電器的使用率。在傳統(tǒng)電路中，電路非常龐大且笨重，使用不便。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在一定程度上提高了效率，而且可以節(jié)約制造傳統(tǒng)的電路成本。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)是一種新型節(jié)約能源的技術(shù)，受到了綠色能源的影響。電動(dòng)汽車和變頻空調(diào)的出現(xiàn)，對(duì)高頻開(kāi)關(guān)能源技術(shù)是一種帶動(dòng)。高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)可以改變用電的頻率，盡最大力量滿足電器的用電量。

4 結(jié) 論

高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域廣泛。當(dāng)前我國(guó)發(fā)展較快，國(guó)家比較注意對(duì)環(huán)境資源的保護(hù)，高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的出現(xiàn)與國(guó)家的提倡契合。新能源汽車、變頻空調(diào)等都涉及到高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，市場(chǎng)需求較大，且國(guó)家政策支持，這對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展來(lái)說(shuō)十分有利。但是，快速發(fā)展的同時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)研發(fā)需要在實(shí)踐中不斷前進(jìn)。