电力电子技术在开关电源中的应用研究

田淇元

摘 要 在生活中，任何的电子设备都离不开电源，可以说电源质量的好坏和性能决定了电子产品的稳定性以及运行状态。一般来说，供电电源主要分为两大类：线性电源和开关电源。线性电源的具有庞大的体积和重量，且传输的效率一般只能达到输入功率的50%左右。这对于未来电源高效率、高功率密度的趨势显然是不符合要求的。如果想要减小电源的尺寸同时要求提高效率。这就体现出了开关电源的优越性：体积小、效率高、功率密度高等。而电力电子技术正是开关电源的技术支持，只有围绕着电力电子技术的发展，开关电源才能在应用中得到更加全面的创新和突破。

关键词 电力电子技术;开关电源;效率高

1背景介绍

近几年来，随着我国社会和经济的快速发展，人们对电的使用量和依赖度越来越高，电能已然成为社会中最重要的能源之一，电能具有易于产生、传输方便、传输效率高、应用广泛等优点。在电能的配送过程中，高效率在设计电能变换电路中通常是最重要的指标之一。随着半导体行业的迅速发展，电力电子器件也得到了充分的全面发展。而电力电子技术就是在电力电子器件制造的基础上发展起来的。在全世界范围内，经电力系统产生电能后，再通过电力电子控制与变换后使用的电量占总用电量的比例已成为衡量一个国家用电水平的重要标准之一[1]。

2开关电源简介

开关电源的基本组成单元如图1所示，其中的DC/DC电路主要用以进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有过压保护、噪声滤波，启动、过流保护电路。输出采样电路（R1，R2>0）可以检测输出电压变化，并与基准电压Vref比较，误差电压经过误差放大器电产生脉宽调制（PWM）电路，再经过驱动电路控制电力电子器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的[2]。

图1 开关电源的基本结构

3开关电源目前应用现状

开关电源的出现是20世纪60年代电源历史上的一次重大革命，随着开关电源技术的不断成熟，在各行各业都有其应用的范围，包括汽车、笔记本、高铁、军事、航空航天、新能源开发等领域，几乎所有需要电源的都可以找到开关电源的身影。尽管开关电源存在着一定的缺点，如电路设计较为复杂、抗电磁干扰能力不强等。但是随着现代科技的不断发展与进步，开关电源中的一些缺点正在逐渐被人们克服。目前，开关电源电路主要分为主电路和控制回路，主电路主要涉及整流滤波输入、功率转换以及整流滤波输出等三个环节。控制回路主要包括驱动电路、保护电路、检测电路等[3]。

3.1 软开关PWM技术

在现代电力电子电路中，脉宽调制（PWM）技术已经获得了广泛的应用。但在早期的DC-DC开关电源中，PWM技术是一种硬开关技术，因功率开关器件本身存在寄生电容，在快速的开通和关断过程中，电压和电流的波形会存在重叠的现象，因此产生开关损耗。而且如果采用硬开关PWM的技术，开关损耗会随着频率的增加而增加，这就限制了变换器的高频化。

软开关技术实在开关电源高频化的背景下产生的，以PWM和谐振（LLC）技术为理论基础，将二者的优点进行结合。本质上是通过储能元件电感L和电容C的谐振，使开关管两端的电压按正弦或准正弦的规律变化，当电压电流谐振到零再继续导通和关断，使开关的导通和关断损耗在理论上为零[4]。

3.2 同步整流技术

同步整流技术是提高开关电源效率的一种手段。一般认为开关电源的损耗主要由功率管的开关损耗，变压器损耗和输出整流管损耗三部分构成。尤其当输出电压较低，输出电流较大时。输出整流管的损耗就特别明显了。同步整流技术通过反接电力MOSFET替换掉整流二极管。因MOSFET具有极低的通态内阻，可以减小输出整流损耗，进而可以大大提高效率。

与二极管整流相比，同步整流技术具有以下优点：正向压降小、断流能力强等。这种方法不但可以提高效率，也可以得到更好的软开关性能。同步整流在低输出电压的小功率转换器中已经获得了普遍的应用[5]。

参考文献

[1] 孔谋夫.新型半桥功率集成电路的研究[D].北京：电子科技大学，2013.

[2] 李润杨.电力电子技术在开关电源中的应用探析[J].通信电源技术，2019，36（2）：113-114.

[3] 丁皓天.中国电力电子与电力传动应用及发展分析[J].科技与创新，2019（22）：150-151.

[4] 王梓楠.电力电子技术在开关电源中的应用分析[J].电子世界，2019（14）：201-202.

[5] 顾德峰.电力电子技术在开关电源中的应用[J].电子技术与软件工程，2019（20）：227-228.