電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用

文/孫德水

電力電子技術(shù)主要是控制和轉(zhuǎn)換電能，電力電子技術(shù)的使用被用于開(kāi)發(fā)相關(guān)的電力電子器件。電力電子技術(shù)包含三個(gè)主要部分:第1 部分是電力電子器件，第二部分是變流電路，第三部分是控制電路。以及電力電子技術(shù)主要是由電力，電子和控制3 個(gè)電氣工程技術(shù)的交叉而實(shí)現(xiàn)的。隨著社會(huì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，作為集成三個(gè)主要技術(shù)領(lǐng)域?qū)W科，電力電子技術(shù)與現(xiàn)代控制理論之間的連接更加緊密，與材料科學(xué)、電氣工程學(xué)和微電子技術(shù)密切相關(guān)。作為總括性的技術(shù)規(guī)律，那個(gè)可以在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮共同的作用。

1 電力電子技術(shù)的發(fā)展歷程

1.1 整流器時(shí)代

在大功率的狀況下，其工業(yè)的用電是有功率頻率為50Hz 的交流發(fā)電機(jī)所提供，其中一些是DC 形式，并且大約是1/5。最典型的領(lǐng)域是電解、牽引和dc 傳動(dòng)。該階段，高輸出硅整流器和晶閘管的應(yīng)用日益普及。

1.2 變頻器時(shí)代

在此階段，在20 世紀(jì)70年代，電力電子設(shè)備的智能水平在微計(jì)算機(jī)具有高人氣的背景下。在電力電子電路連續(xù)改進(jìn)的背景下，工業(yè)領(lǐng)域出現(xiàn)了由晶閘管組成的不同類(lèi)型電力電子器件。在此階段，電力電子裝置主要用于大功率變頻器、晶閘管。在變頻器時(shí)代，整流變頻器的問(wèn)題正在被解決。在電力電子技術(shù)的實(shí)現(xiàn)中，主要問(wèn)題在于功率頻率難以改善，其大部分仍處于低頻和中頻水平。

1.3 變頻器時(shí)代

1980年代，大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路技術(shù)研究中進(jìn)行了主要的突破。通過(guò)集成電路技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)微加工技術(shù)和高電壓電流技術(shù)形成完全控制功率元件。在新設(shè)備連續(xù)開(kāi)發(fā)的環(huán)境下，優(yōu)化了交流電動(dòng)機(jī)的性能，高頻部成為電力電子技術(shù)的主要開(kāi)發(fā)方向。在這樣的環(huán)境下，電力設(shè)備的能量效率大幅改善，傾向于小型輕量化。在技術(shù)層面上，機(jī)電工程和智能化技術(shù)在發(fā)展中起了重要作用。

2 電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用

2.1 高頻開(kāi)關(guān)電源

在高頻開(kāi)關(guān)電源中，電力電子技術(shù)不廣泛的使用在其中，其中，高輸出晶體管的操作可以依賴(lài)已高頻開(kāi)關(guān)電源，同時(shí)還能夠?qū)Ω哒髌鞯墓β嗜萘窟M(jìn)行很好的提高。通過(guò)對(duì)集成電路進(jìn)行徹底的研究開(kāi)發(fā)，在電氣工程學(xué)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)出高頻率開(kāi)關(guān)電源、模塊化、小型化以及高效開(kāi)關(guān)電源。通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)備將更加穩(wěn)定。通過(guò)整流器將交流電轉(zhuǎn)換為兩個(gè)部分，由UPS 實(shí)現(xiàn)直流電輸出。開(kāi)關(guān)電源的一部分電流被傳送到開(kāi)關(guān)、變頻器等，實(shí)現(xiàn)裝置的通常動(dòng)作，其他部件流入電池來(lái)充電電池。采用高功率IGBT 可以有效地降低無(wú)功率電源裝置的噪聲強(qiáng)度，并且可以某種程度上改進(jìn)高頻開(kāi)關(guān)電源的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

高頻變頻器主要用于開(kāi)關(guān)電源的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)馬達(dá)的頻率轉(zhuǎn)換速度的調(diào)整。高頻變頻器電源具有通過(guò)高頻變頻器和高輸出晶體管進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，改變電壓的頻率和功率，降低節(jié)能和發(fā)光的功能。現(xiàn)代的高科技的幫助下，開(kāi)關(guān)電源的強(qiáng)力，弱力的組合是有效開(kāi)關(guān)電源的研究開(kāi)發(fā)費(fèi)用，而且可以減少，這是節(jié)能，釋放減少和高性?xún)r(jià)比的優(yōu)勢(shì)。

2.2 計(jì)算機(jī)高效率綠色電源

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)已經(jīng)進(jìn)入電子電氣領(lǐng)域。從計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用角度看，綠色功率和綠色計(jì)算機(jī)的要求很高。例如，綠色能源的使用不僅效率高，能源效率也很好。由于綠色電源的實(shí)際應(yīng)用效果，可減少功率操作的消耗和改進(jìn)功率操作效率，且臺(tái)式計(jì)算機(jī)和支撐裝置處于睡眠狀態(tài)，且功率消耗不超過(guò)30w。市場(chǎng)上出現(xiàn)了一種新的綠色電力管理方法，可以有效降低個(gè)人電腦和筆記本電腦的功耗。例如，NXP 引入了綠色芯片PFC 芯片、綠色芯片同步整流控制器等一系列LFEPAK 封裝。利用30v 功率MOSFET 元件的端口石綠色芯片，提高了功率芯片的智能水平，實(shí)現(xiàn)了端子產(chǎn)品的節(jié)能。通過(guò)集成在芯片上的高電壓SOI 過(guò)程和綠色芯片解，電源PFC 可以實(shí)現(xiàn)最大效率。二級(jí)PFC 的使用輸出正確的電壓，以便改進(jìn)電壓效率。此外，使用低/零電壓開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)最低開(kāi)關(guān)損耗。綠色芯片同步整流器取代傳統(tǒng)二極管整流器電路以改善芯片設(shè)計(jì)水平，更加方便電源同步整流器，具有與某些功率控制芯片兼容的性能且更加穩(wěn)定。從產(chǎn)品使用效果來(lái)看，節(jié)能性強(qiáng)。

2.3 高頻逆變式整流焊機(jī)電源

從開(kāi)關(guān)電源開(kāi)發(fā)的角度來(lái)看，效率和能源效率是主要特征。焊接機(jī)目前正在以達(dá)成高效率的能源效率標(biāo)準(zhǔn)而上市。在開(kāi)發(fā)展望中，對(duì)高頻率變頻器整流電源的開(kāi)發(fā)前景良好。在功率使用方面，采用了AC-DC-AC-DC。實(shí)際應(yīng)用方面，通過(guò)全橋整流器將50Hz 交流轉(zhuǎn)換為dc 電流。使用PWN 高頻轉(zhuǎn)換將直流功率轉(zhuǎn)換為高頻矩形波。高頻轉(zhuǎn)位裝置可以執(zhí)行耦合過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)DC 的DC 穩(wěn)定化。在整流處理之后，將濾波轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流。從實(shí)用性的觀點(diǎn)來(lái)看，焊接機(jī)電源存在的環(huán)境比較苛刻，關(guān)于電源的穩(wěn)定性和可靠性有很高的要求。因此，有必要有效地控制微處理器，預(yù)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際操作并合理選擇微處理器來(lái)解決問(wèn)題。

主要分析了開(kāi)關(guān)電源中電力電子技術(shù)的應(yīng)用。在能源、環(huán)境保護(hù)及生命科學(xué)及材料方面，電力電子技術(shù)的有效應(yīng)用在所有領(lǐng)域都發(fā)揮了非常重要的作用。作為重要的科學(xué)技術(shù)支持，電力電子技術(shù)在經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域廣泛使用，并具有非常有前途的發(fā)展前景。