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        關(guān)于電力電子技術(shù)在開關(guān)電源中的應(yīng)用分析

        2018-12-23 18:30:20邱天宇
        電子制作 2018年24期
        關(guān)鍵詞:變頻器電能

        邱天宇

        (長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院,吉林長春,130000)

        隨著半導(dǎo)體以及信息技術(shù)的有效推進(jìn),電力電子技術(shù)得以全面發(fā)展,同時帶動著開關(guān)電源的發(fā)展,從低頻轉(zhuǎn)向高頻,由整體化轉(zhuǎn)到模塊化,運(yùn)行的能源消耗不斷減少。比如,高頻開關(guān)電源,其能夠?qū)⒔涣鬏斎氲碾娏鳎o轉(zhuǎn)化成為相應(yīng)的直流輸出。利用大功率開關(guān)元件,對直流高壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換,使其成為方波,再把方波電壓,轉(zhuǎn)化為低壓,輸出穩(wěn)定的直流電壓,在開關(guān)電源中,被廣泛的應(yīng)用。

        1 現(xiàn)代電力電子的發(fā)展現(xiàn)狀

        從技術(shù)的功能角度來說,利用電力電子器件,變換以及控制電能,發(fā)揮著重要的作用。其具有整流、逆變斬波等功能作用,能夠使工頻電能,轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電能,滿足不同需求,適應(yīng)用電裝置的各類需求。在國民經(jīng)濟(jì)中,電力電子占據(jù)重要的位置。為提高電能的利用率,發(fā)達(dá)國家電能的75%都是利用電力電子技術(shù),進(jìn)行變換或者控制再進(jìn)行使用。然而我國當(dāng)前經(jīng)過變換或者控制后使用的電能占比較少,只有30%左右,尚未發(fā)揮電力電子技術(shù)的應(yīng)用效果。

        從產(chǎn)品角度來說,電力電子裝置具體包括變頻器裝置、電能質(zhì)量類產(chǎn)品、電子電源產(chǎn)品。比如SVC,其是使用晶閘管作為基本器件的固態(tài)開關(guān),取代了電氣開關(guān),在實(shí)際應(yīng)用中,能夠?qū)崿F(xiàn)電抗器以及電容器的快速反復(fù)控制,轉(zhuǎn)變了輸電系統(tǒng)的導(dǎo)納。電力電子技術(shù)發(fā)展的整個流程,具體如下:(1)整流器時代。(2)逆變器時代。(3)變頻器時代?,F(xiàn)代電力電子技術(shù),集成了精細(xì)加工技術(shù)以及高壓大電流技術(shù),涌現(xiàn)了系列全控型功率器件,比如MOSFET以及IGBT等,逐漸取代傳統(tǒng)電力電子[1]。

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

        2.1 高頻開關(guān)電源

        從通信電源的發(fā)展角度來說,其推動著通信業(yè)的快速發(fā)展,供電系統(tǒng)推廣使用低壓高頻小型化開關(guān)電源。在通信領(lǐng)域中,所說的一次電源,具體為整流器,而二次電源則為DC/DC變換器。實(shí)際應(yīng)用中,使用一次電源,能夠?qū)崿F(xiàn)對三相交流電網(wǎng)的轉(zhuǎn)化,或者單相交流電網(wǎng)的轉(zhuǎn)化,將其轉(zhuǎn)化為支流電源。隨著技術(shù)的發(fā)展,低壓高頻開關(guān)全面替代相控式穩(wěn)壓電源。從通信設(shè)備使用角度來說,所需的集成電路不同,因此使用的電源電壓也不同??紤]到節(jié)能,使用具有高功率密度特點(diǎn)的高頻DC-DC隔離電源模塊,提高安裝以及維護(hù)的便捷性。一般來說,通信容量的增加,會帶動通信電源容量的增加。從使用的角度來說,由于開關(guān)電源不斷小型化,那么開關(guān)必須高頻化。因此,其基波自身能夠構(gòu)成干擾源,產(chǎn)生較強(qiáng)的傳到干擾波,在改進(jìn)元器件,提高開關(guān)高頻化的同時,極易受到輻射干擾波的影響,產(chǎn)生超標(biāo)準(zhǔn)值的雜散信號。信號能夠構(gòu)成EMI,被干擾對象一般為無線電通信。從開關(guān)電源工作角度來說,處于高頻開關(guān)狀態(tài),極易產(chǎn)生高電流和電壓變化率,使得電源產(chǎn)生一定的電磁干擾,進(jìn)而造成電網(wǎng)污染和電磁污染等。基于此,需要采取抑制措施,比如,采用濾波器抑制電磁干擾技術(shù)。濾波能夠有效抑制電磁干擾,抑制電網(wǎng)中電磁干擾進(jìn)入設(shè)備,并且能夠抑制設(shè)備中的電磁干擾進(jìn)入電網(wǎng)。通過在開關(guān)電源輸入以及輸出電路中,布置開關(guān)電源濾波器,來解決傳導(dǎo)干擾問題以及輻射干擾問題等。常用的濾波抑制技術(shù),包括無緣綠波技術(shù)以及有源率濾波技術(shù),具體應(yīng)用時,要合理選擇,保證處理效果[2]。

        2.2 計算機(jī)高效率綠色電源

        隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,推動著開關(guān)電源的應(yīng)用和發(fā)展,進(jìn)入了電子電氣領(lǐng)域。從計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用角度來說,其對綠色電源以及綠色電腦,有著較高的要求,比如使用的綠色電源,不僅要高效,而且要省電。從綠色電源實(shí)際應(yīng)用效果來說,能夠減少電源運(yùn)行的能源消耗,提高電源運(yùn)行效率,使得臺式電腦以及配套設(shè)備,處于休眠的狀態(tài)時,耗電量不會超過30W。從綠色電源發(fā)展來說,市場上已經(jīng)出現(xiàn)能夠有效減少PC以及筆記本電腦功耗的全新綠色電源管理方法,以NXP為例,推出了GreenChip PFC芯片、GreenChip同步整流控制器和一系列LFEPAK封裝的30V功率MOSFET器件產(chǎn)品組合。通過使用綠色芯片,提高電源芯片的智能化水平,實(shí)現(xiàn)終端產(chǎn)品的節(jié)能。通過整合芯片的高壓SOI制程以及GreenChip方案,使得電源的PFC能夠最大程度上發(fā)揮其效率。使用二段式PFC輸出精準(zhǔn)的電壓,適用于全電壓輸出,提高了能效。除此之外,使用低/零位電壓開關(guān),實(shí)現(xiàn)了最低開關(guān)損耗。使用GreenChip同步整流控制器,取代傳統(tǒng)的二極管整流電路,提升芯片設(shè)計水平,使得電源中同步整流的實(shí)現(xiàn)更加便捷,并且能夠和部分電源控制芯片兼容,性能更加穩(wěn)定。從產(chǎn)品的使用效果來說,具有較強(qiáng)的節(jié)能性[3]。

        2.3 直流-直流變換器

        2.3.1 不間斷電源使用GC/DC變換器,能夠把固定的直流電壓,給轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂锌勺冃缘闹绷麟妷?,進(jìn)而滿足無軌電車以及地鐵等的需求,保證平穩(wěn)加速,實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng),并且能夠節(jié)約電能。在實(shí)際應(yīng)用中,UPS即不間斷電源,隨著計算機(jī)以及通信系統(tǒng)等的發(fā)展逐漸被應(yīng)用,能夠滿足不中斷場所的電源要求。不間斷電源的使用,不僅可靠性強(qiáng),而且性能較高。從現(xiàn)用的UPS來說,使用了脈寬調(diào)制技術(shù)手段,結(jié)合使用了現(xiàn)代電力電子期間,比如功能MOSFET等,引入了微處理器軟硬件技術(shù)手段,強(qiáng)化了對UPS運(yùn)行的智能化管理。隨著互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,轉(zhuǎn)變了人們的生活,人們對網(wǎng)絡(luò)以及手機(jī)的依賴性不斷增加,人們對UPS的需求和要求不斷增加,比如在手機(jī)終端上查看UPS的狀態(tài)等。在多樣化需求的驅(qū)動下,UPS電源將會朝向智慧化方向發(fā)展。目前,市場上已經(jīng)推出智慧UPS,利用網(wǎng)絡(luò)通信,能夠?qū)崿F(xiàn)UPS和電腦的通信,并且兼容了MODBUS/RS485/RS232協(xié)議?;谟脩舻纳暇W(wǎng)需求,部分產(chǎn)品提供了雙網(wǎng)口,并且自帶網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能,一臺UPS能夠同時滿足電腦以及自身的上網(wǎng)需求。在實(shí)際應(yīng)用中,利用手機(jī)終端APP,能夠?qū)崿F(xiàn)對電腦以及UPS電源的遠(yuǎn)程管理,不僅能夠動態(tài)查看UPS運(yùn)行的實(shí)際情況,掌握用電的實(shí)際情況,并且能夠提供斷電預(yù)警服務(wù),實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程電腦以及電源開關(guān)機(jī)的遠(yuǎn)程操控。除此之外,利用云計算系統(tǒng),能夠?qū)崟r獲取統(tǒng)計UPS電源的運(yùn)行狀態(tài),經(jīng)過大數(shù)據(jù)的分析以及處理,能夠精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)用電問題以及設(shè)備故障,提高了電源使用的體驗(yàn)感。

        2.3.2 變頻器電源

        從電源使用角度來說,使用的變頻器電源,能夠用于交流電機(jī)的變頻調(diào)速,比如空調(diào)電源。在具體應(yīng)用的過程中,變頻器電源作為電氣傳動系統(tǒng)的主要組成部分,在節(jié)能運(yùn)行方面,有著較大的優(yōu)勢,獲得了不錯的節(jié)能效益。采用交流-直流-交流方案,作為變頻器,使用整流器能夠?qū)崿F(xiàn)對工頻電源的高效轉(zhuǎn)化,將其轉(zhuǎn)化為直流電壓,結(jié)合使用PWM高頻變換器以及大功率晶體管,對直流電壓進(jìn)行相應(yīng)的處理,比如逆變,進(jìn)而完成交流輸出。隨著變頻技術(shù)的應(yīng)用,使得變頻器電源逐漸被推動應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中,不僅能夠達(dá)到節(jié)能的要求,還能夠提供優(yōu)質(zhì)的電源服務(wù)[4]。

        2.3.3 高頻逆變式整流焊機(jī)電源

        從開關(guān)電源發(fā)展的角度來說,高效和節(jié)能是主要特點(diǎn)。目前,市場上使用的焊機(jī)電源,部分能夠達(dá)到高效以及節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn),就發(fā)展的前景來說,高頻逆變式整流焊機(jī)電源具有不錯的發(fā)展前景。就電源使用方法來說,采取的是交流-直流-交流-直流。在實(shí)際應(yīng)用中,使用全橋整流的方式,把50Hz交流電,給轉(zhuǎn)化為直流電。使用PWN高頻變換,將直流電給轉(zhuǎn)換為高頻矩形波。借助高頻變壓器裝置,進(jìn)行耦合處理,使其成為具有較強(qiáng)穩(wěn)定性的直流。通過整流處理后,使得濾波被轉(zhuǎn)化為具有穩(wěn)定性的直流。從實(shí)際使用角度來說,焊機(jī)電源所處的環(huán)境較為惡劣,對電源的穩(wěn)定性和可靠性,有著較高的要求?;诖耍龊糜行У陌芽?,合理選擇微處理器,預(yù)測系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況,及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題。

        2.3.4 大功率開關(guān)型高壓直流電源

        從當(dāng)前大功率開關(guān)型高壓直流電源實(shí)際需求角度來說,在CT機(jī)和醫(yī)用X光機(jī)等方面,都能夠應(yīng)用。一般來說,電源的功率大于100kW、電流大于0.5A、電壓處于50kV-159kV范圍內(nèi)。借助逆變技術(shù),可以使得市電轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l。從技術(shù)發(fā)展的角度來說,推出了靜電除塵高壓直流電源。就電源使用實(shí)際來說,采取整流措施,把市電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?。利用諧振逆變電路以及全橋零電流開關(guān)的串聯(lián),進(jìn)而將直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l電壓。完成后,經(jīng)過升壓,成為直流高壓[5]。

        3 結(jié)束語

        綜上所述,在開關(guān)電源中,電力電子技術(shù)的應(yīng)用,發(fā)揮著積極的作用。目前,常用的基于電力電子技術(shù)的開關(guān)電源,具體包括高頻開關(guān)電源、計算機(jī)高效率綠色電源、直流-直流變換器,朝向智慧化、節(jié)能化等方向發(fā)展。

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