開關電源的發(fā)展及技術趨勢

方奕廣

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開關電源有著體積小、重量輕的優(yōu)勢，所以正在逐漸取代傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源。并且隨著電子設備的大量使用，開關電源和日常生活的關系正在越來越密切。

1 開關電源的理論

開關電源是日產生活中比較常見的一種技術，針對不同的需要也會有不同的類型。通常開關電源可以分為變換電能的電源和發(fā)出電能的電源兩種。由于人類并不能直接使用自然界的能源，這就需要對自然界的能源進行轉換，才能夠得到電能，所以，電源可以將能源轉換成可以利用的電能的裝置。在得到電能之后，電能依然并不會不被直接利用，為此就需要進行變壓等轉換，達到電器所需的電壓、電流范圍之內，才能真正被直接利用。開關電源主要負責電能的變換，在電流進入電源之后，經過整流和濾波，就能夠實現(xiàn)對電能的轉化，讓電能變成高壓、低壓、交流、直流等模式，方便人們直接對電力的使用。

2 開關電源的發(fā)展過程和現(xiàn)狀

開關電源從二十世紀70年代開始發(fā)展，當時電力電子理論確立，給電源研究提供了良好的理論基礎。但是最初，開關電源的應用效率很低，因為開關的效率都在20kHz以下，功率密度不高，而且使用中沒有足夠的可靠性。所以，開關電源在發(fā)展過程中，最開始都是針對上述缺點來進行完善。隨著絕緣柵晶體管等高頻大功率的器材開始使用，就讓開關電源的使用得到了普及。隨著技術水平的提升，電源技術也變得更加可靠和穩(wěn)定，生產工藝的提升也控制了電源的成本，在經濟上也滿足了市場的按要求[1]。

2.1 軟開關和硬開關的結合

由于技術的原因，很多傳統(tǒng)的電器都會采用硬開關的技術，但是隨著軟開關的逐漸成熟，很多電器也大量使用了軟開關這項技術，讓軟開關有了越來越廣泛的使用。軟開關的好處在于，相比硬開關并不會造成任何電損，所以能夠最大程度地節(jié)約電能。但是，目前軟開關的技術和硬開關的技術是相互滲透的，并沒有軟開關取代硬開關的情況，很多時候都是通過兩種技術相結合，以便能夠充分地發(fā)揮出開關的性能。在進行電氣產品的設計中，一般都會考慮功耗、效率等方面的需求，所以需要發(fā)揮軟開關在功耗上的優(yōu)勢，但是也需要利用硬開關來保證濾波等特殊需要。

2.2 開關電源技術朝著小型化發(fā)展

為了能夠促進開關電源的使用，目前開關電源正在變得小型化。很多用戶也更加傾向于使用那些體積比較小，便于攜帶的開關電源。目前的電源生產技術也在朝著這樣的產品發(fā)展，并且從理論上來說，電容、變壓器的體積和電感是呈反比的，意味著開關電源的小體積會有更好的性能。同時，更小的體積也意味著能夠節(jié)省材料，從而提高經濟效益[2]。

3 開關電源技術的發(fā)展趨勢

3.1 朝著數字化的方向發(fā)展

目前開關電源發(fā)展的一個重要趨勢就是數字化，傳統(tǒng)的電子技術當中，電源都是根據模擬信號來工作的，但是隨著數字信號的成熟，數字信號在工作上的優(yōu)勢也逐漸體現(xiàn)了出來。首先，數字信號比較適合計算機進行處理，而且也能夠避免信號在遠程傳播之后出現(xiàn)畸變導致信號失真，這樣就能夠減少外部因素對信號的干擾。

當前很多開關電源的電流反饋對負載的變化比較靈敏，在PWM控制范圍小于50%時會有很強的穩(wěn)定性，所以輸出的電壓并不會十分精確，如果實際工作當中存在PWM斜坡電壓，導致最終的電壓特性不良。利用電壓反饋控制的電源線路輸出就會比較精確，但是環(huán)路也會比較容易產生振蕩，在負載特定不確定的情況下，會造成電壓的調試比較困難。開關電源的反饋控制環(huán)路再過去都是采用模擬控制的方式，如果采用數字控制，就可以很大程度上改善問題[3]。

數字元件的特點在于本身并不存在離散的問題，所以諧振元件存在離散性，也能夠利用數字控制的方式進行主動的調整。使用數字化控制時，會采用和傳統(tǒng)開關電源相似的拓撲結構，并且利用采樣誤差來進行控制，使用數字技術來實現(xiàn)對PWM調制信號的計算、生成和接收，以便對于整個電路進行控制。目前，智能技術也被使用到了開關電源當中，而利用智能化技術，能夠更好的解決環(huán)路的穩(wěn)定性，提高環(huán)路的抗干擾能力，實現(xiàn)對環(huán)路的遠程控制。

3.2 高頻化

電力電子技術是節(jié)能、自動化和智能化結合的技術，為了滿足更多的使用要求，目前也在朝著高頻化、硬件結構模塊化的方向發(fā)展。由于開關電源的重量、體積一定程度上取決于儲能元件和電容的性能，所以為了實現(xiàn)開關電源的小型化，就需要減小儲能元件的體積。為此，就需要提高開關頻率，這樣就能減小電容、電感和變壓器的尺寸，并且也能提升開關電源的抗干擾能力，提升電源的性能[4]。

新型的電源都采用了全新的拓撲結構和技術，這樣功率器件開關工作時處于零電壓和零電流額的狀態(tài)，保證功率的提升。移相控制全橋PWM零電壓諧振軟開關目前是研究的熱點，這項技術推動了高頻率開關電源的使用。

3.3 模塊化的發(fā)展趨勢

為了促進開關電源的發(fā)展，目前開關電源正朝著模塊化的方向發(fā)展，所以很多目前常見的元器件都有著比較統(tǒng)一的模塊單元類型，二極管也都有著標準的模塊。在拓展開關電源的功能時，就可以安裝具備相關功能的模塊，就能夠實現(xiàn)開關電源在功能上的拓展[5]。為了促進電力電子元器件系統(tǒng)的可靠性，有些企業(yè)會在開關電源當中加入專項功率模塊，這些模塊往往都會根據用戶的實際需要專門進行元器件的定制，經過科學的設計之后，就能夠獲得比較完美的效果。

4 結語

開關電源在正在受到越來越廣泛的使用，隨著技術上水平的提升，開關電源也正在朝著模塊化、數字化、高頻化的方向發(fā)展。同時，開關電源也正在變得小型化，這也讓開關電源能夠應用在很多不同的場景當中。隨著科學技術的發(fā)展，未來必將還會出現(xiàn)很多全新的產品，滿足更多的使用需要。