电力电子技术在开关电源中的应用

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软开关技术在开关电源中的应用

作者：陶永强 丁旭 王明强

来源：《中国科技博览》2014年第21期

[摘 要]软开关PWM技术集谐振变换器与PWM控制的优点于一体，既能实现功率管的零电压开关，又能实现功率管的恒定频率控制，是电力电子技术的发展方向之一。与传统PWM硬开关变换器相比，元器件的电压、电流应力小，仅仅增加了一个谐振电感，成本和电路的复杂程度没有增加。移相控制零电压开关PWM变换器就是软开关PWM技术中的一种拓扑，它适用于中、大功率直流一直流变换场合。

[关键词]软开关技术 谐振原理 电源

中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0384-01

引言

近年来，电力电子技术发展迅猛，直流开关电源广泛应用于计算机、航空航天等领域。如今，笨重型、低效电源装置已被小型、高效电源所取代。为了实现电源装置的高性能、高效率、高可靠性，减小体积和重量，必须实现开关电源的高频化。开关电源的高频化不仅减小了功率变换器的体积，增大了变换器的功率密度和性能价格比，而且极大地提高了瞬时响应速度，抑制了电源所产生的开关噪声，从而已成为新的发展趋势。

1.软开关发展应时而生

以前的开关电源大多数采用脉宽调制技术（PWM），称为“硬开关”（HARDSWITCH）电源。硬开关和软开关是针对开关管（MOSFET）来讲的，硬开关是不管开关管（DS极或CE极）上的电压或电流，强行开或关开关管，当开关管上（DS极或CE极）电压及电流较大时开关管动作，由于开关管状态间的切换（由开到关，或由关到开）需要一定的时间，这会造成在开关管状态间切换的某一段时间内电压和电流会有一个交越区域，这个交越造成的开关管损耗称为开关管的切换损耗。软开关是指通过检测开关管电流或其他技术，做到当开关管两端电压或流过开关管电流为零时才导通或关断开关管，这样开关管就不会存在切换损耗。一般来说软开关的效率较高（因为没有切换损）；工作频率较高，PFC或变压器体积可以减少，所以体积可以做的更小。但成本也相对较高，设计较复杂。

电力电子技术及其发展趋势

近年来，电力电子技术在能源领域发挥着越来越重要的作用。它是一门研究关于电能的控制、调节以及转换的学科，广泛应用于电力传输、电力变流与变频、能源储存等领域。本文将介绍电力电子技术的基本原理和常见应用，并展望其未来的发展趋势。

一、电力电子技术的基本原理

1.1 电力电子器件

电力电子器件是电力电子技术的重要基础，它被用于控制和调节电能流动。常见的电力电子器件包括二极管、晶体管、场效应管、开关管等。这些器件通过开关操作，可以实现对电能的高效控制和转换，使得电能能够适应不同的工作状态和负载需求。

1.2 开关电源技术

开关电源技术是电力电子技术中的一个重要方向，它能够将交流电能转换为直流电能，并通过开关器件进行高效控制。开关电源具有体积小、效率高、功率密度大等特点，广泛应用于各个领域，如军事、通信、工业等。而且，开关电源还可以实现电能的变压、变频和变流等功能，满足各种复杂的电能需求。

1.3 电力电子控制技术

电力电子控制技术是电力电子技术的核心内容，它通过对电力电子器件和开关电源的控制，实现对电能的精确调节和控制。电力电子控制技术可以使电能的传输和转换更加高效、可靠，同时也可以提高电能的质量和稳定性，确保电能系统的安全运行。

二、电力电子技术的应用领域

2.1 电力传输

电力传输是电力电子技术的主要应用领域之一。在长距离电力传输中，电力电子技术可以实现输电线路的无功补偿、无功控制、降低线路损耗等功能，提高电力传输效率。而在直流输电领域，电力电子技术可以实现高功率的直流变换和逆变，实现长距离、大容量的电能传输。

2.2 电力变流与变频

电力变流与变频是电力电子技术的另一个重要应用领域。通过电力电子器件和控制技术，可以实现交流电能向直流电能的转换，或者将一种频率的交流电能转换为另一种频率的交流电能。这对于电机调速、电力系统的稳定性等方面都具有重要意义。

2.3 能源储存

能源储存是近年来电力电子技术的研究热点之一。随着能源的不断消耗和环境的不断恶化，能源储存技术具有重要的意义。电力电子技术可以实现对电能的快速存储和释放，为能源储存和利用提供支持。尤其是在分布式能源、新能源车辆等领域，电力电子技术将起到越来越重要的作用。

１０．３９６９／ｊ．ｉ　ｓｓｎ．１６７１—４８９Ｘ．２０１５．１４．１５７　

电力电子技术的小功率开关电源设计　

◆刘金华朱春媚　

摘要通过ＰＩ　Ｅｘｐｅｒｔ软件对小功率开关电源进行电路拓扑、　元器件参数、变压器参数设计，给出电路原理图、ＰＣＢ图，详　述高频变压器的绕制和硬件调试过程。通过这一实例，学生完　成电力电子电路制作的完整工艺流程，很大程度上提高了硬件　制作能力，促进本校应用型人才培养质量的提高。　关键词电力电子技术实验；教学改革；开关电源　中图分类号：Ｇ６４２．４２３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—４８９Ｘ（２０１５）１４—０１５７—０３　

Ｌｏｗ－ｐｏｗｅｒ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈ－　ｎｏｌｏｇｙ／／ＬＩＵ　Ｊｉｎｈｕａ，ＺＨＵ　Ｃｈｕｎｍｅｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ，Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｌｏｗ—ｐｏｗｅｒ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂｙ　ＰＩ　Ｅｘｐｅｒｔ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ　ａｎｄ　ＰＣＢ　ｄｒａｗｉｎｇｓ　ｗｅｒｅ　ｇｉｖｅｎ．Ｈｉｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｗｉｎｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｒｅｐｏｒｔｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ　ｆｉｎｉｓｈ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｂｙ　

ｔｈｉｓ　ｅｘａｍｐｌｅ．Ｓｔｕｄｅｎｔｓ’ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｒａｉｎ￣　

电力电子技术的应用

电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等血多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。

电力电子技术是近几年迅速发展的一种高新技术，广泛应用于机电一体化、电机传动、航空航天等领域，现已成为各国竞相发展的一种高新技术。它不仅应用于一般工业，也广泛用于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等，在照明、空调等家用电器及其他领域中也有着广泛的应用。以下分几个主要应用领域加以叙述。

一、 一般工业

工业中大量应用各种交直流电动机。直流电动机有良好的调速性能，给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置。近年来，由于电力电子变频技术的迅速发展，使得交流电机的调速性能可与直流电机相媲美，交流调速技术大量应用并占据主导地位。大至数千kW的各种轧钢机，小到几百W的数控机床的伺服电机，以及矿山牵引等场合都广泛采用电力电子交直流调速技术。一些对调速性能要求不高的大型鼓风机等近年来也采用了变频装置，以达到节能的目的。还有些不调速的电机为了避免起动时的电流冲击而采用了软起动装置，这种软起动装置也是电力电子装置。电化学工业大量使用直流电源，电解铝、电解食盐水等都需要大容量整流电源。电镀装置也需要整流电源。电力电子技术还大量用于冶金工业中的高频或中频感应加热电源、淬火电源及直流电弧炉电源等场合。

电力电子技术在一般工业中的应用最主要的就是电机调速传动和电源。电机调速传动又分工艺调速传动和节能调速传动两大类：工艺调速传动指工艺要求必须调速的传动，例如轧机，矿井卷扬，机床，造纸等以前用直流电动机驱动的机械的传动。节能调速指风机、泵等以前不调速，为节能而改用调速。

二、 交通运输