高頻開關(guān)電源節(jié)能技術(shù)的探索

　　 摘要：電源是任何電子設備都必不可少的組成部分，隨著時代的進步，人們對電子電源的要求越來越向高頻化和節(jié)能化發(fā)展。開關(guān)電源被稱為高效節(jié)能型的電源，已經(jīng)成為了穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品，高頻開關(guān)電源的節(jié)能問題更是日益引起人們的重視，本文將對高頻開關(guān)電源的節(jié)能技術(shù)方面進行分析。
　　關(guān)鍵詞：高頻開關(guān)電源節(jié)能技術(shù)提升效率
　　中圖分類號：TN86文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)06(b)-0000-00
　　
　　高頻開關(guān)電源是保證后級設備進行正常工作的基礎保障，同時也是后級設備主要供電設備?，F(xiàn)在幾乎人人有手機，家家有電腦，因而就出現(xiàn)了高頻的電費，這種情況下，電費的支出也必然十分的龐大，如何盡量的減少能耗是當下重要考慮的內(nèi)容，經(jīng)過分析，高頻的開關(guān)電源占用了相當大的能源損耗，根據(jù)實際的負載，通過對系統(tǒng)進行有效的控制來實現(xiàn)對冗余模塊的開關(guān)于閉合，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的冗余模塊實現(xiàn)智能化的控制，提升電源在工作轉(zhuǎn)換的過程中的利用效率，這樣不僅可以將高頻開關(guān)電源的使用壽命延長，還可以有效的節(jié)省電能的不必要損耗。
　　
　　1 開關(guān)電源的發(fā)展背景和變化趨勢
　　隨著科學技術(shù)的發(fā)展、生活水平的提高，人類在生產(chǎn)生活中，對大自然所造成的污染與破壞也愈加嚴重，加上自然資源的逐漸消耗，人們已經(jīng)開始意識到了環(huán)保節(jié)能的重要性。比如說在電源方面，電源是所有的電子設備都必不可少的組成部分，而最初的線性電源，體積較大、需要輸入電壓范圍較大、耗電量較大，已經(jīng)逐漸不符合現(xiàn)在以及未來的電子設備的構(gòu)造理念，因此，開關(guān)電源這一控制電源的新元件被創(chuàng)造了出來。早在上世紀六十年代，開關(guān)電源便已問世，但是當時的開關(guān)電源基本上全是由分離的元件構(gòu)成的，然而此時的開關(guān)電源依舊存在的如開關(guān)頻率低、效率不高、并且線路比較復雜。當七十年代的時候，脈寬調(diào)制器集成電路的研制使得開關(guān)電源直接集成化，并且雙極型的器件向MOS型的器件的變化讓電力系統(tǒng)得以高頻化。到了上世紀八十年代的時候，隨著電子化技術(shù)的興起，功率變換器的性能也得到了提升，使開關(guān)電源的高頻化技術(shù)得到了極大的提高。
　　
　　2 高頻開關(guān)電源的設計配置和技術(shù)的特性以及應用的特點
　　2.1 開關(guān)電源的構(gòu)型
　　開關(guān)電源的典型結(jié)構(gòu)如圖所示，其工作原理是：市電進入電源首先經(jīng)整流和濾波轉(zhuǎn)為高壓直流電， 然后通過開關(guān)電路和高頻開關(guān)變壓器轉(zhuǎn)為高頻率低壓脈沖，再經(jīng)過整流和濾波電路，最終輸出低電壓的直流電源。同時在輸出部分有一個電路反饋給控制電路，通過控制PWM占空比以達到輸出電壓穩(wěn)定。（如圖1所示）
　　 2.2 技術(shù)方面的性能
　　 高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的工作效率高峰范圍應該在40%~80%。與此同時，在對其研究中發(fā)現(xiàn)，電源的效率隨著電路的負載率的提高也會不斷的增加。
　　2.3 開關(guān)電源設計時的配置原則
　　通常而言，在采購開關(guān)電源的制作元件時，一般會著重考慮擴容等方面的要素。開關(guān)電源的容量一般會大于通信設備當前的實際負載，如果沒有對冗余模塊進行智能化的控制，那樣會使得電源的工作效率有所降低。
　　2.4 實際的應用方面
　　基站的開關(guān)電源在大多數(shù)的情況之下是在浮充的狀態(tài)中工作的，整體系統(tǒng)的輸出量占到總量的1/3左右，而模塊需要在負載率達到40%之上才會達到最佳的能量轉(zhuǎn)換狀態(tài)。
　　2.5 節(jié)能方面的創(chuàng)新
　　在節(jié)能方面一方面需要提升高頻開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換的工作效率，從而使得通信的運營成本降低，另一方面需要使得基站的高頻開關(guān)電源的設備的使用壽命適當?shù)难娱L，從而可以有效的降低維修者的勞動強度，使得企業(yè)能夠擁有更高的經(jīng)濟價值，再者從節(jié)能的角度，還可以使得投資的成本得以降低，但是效益卻提升。
　　
　　3 節(jié)能技術(shù)的相關(guān)原理分析探討
　　3.1 整流模塊的功率組及特性。
　　高頻開關(guān)電源整流模塊的功率組成大致包含空載損耗、帶載損耗、輸出功率等，主要的特性包括：一定工作模式下空載損耗是固定不變的；帶載損耗隨負載增加而增加，但工作效率隨之大幅度提高。節(jié)能應用方面：通過控制模塊工作模式(開/關(guān)機)，減小空載損耗并提高模塊能源轉(zhuǎn)換效率，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗。
　　3.2 節(jié)能控制技術(shù)原理
　　⑴ 在現(xiàn)有的整流模塊結(jié)構(gòu)形式不變化的基礎上，只更改電源監(jiān)控系統(tǒng)的軟件，使得整個通信電源系統(tǒng)能夠工作在一個整流的最佳效率點，關(guān)閉暫時不需要工作的整流模塊。同時確保如果負載有變化，通信電源系統(tǒng)仍可穩(wěn)定供電。
　?、?根據(jù)實際負載，監(jiān)控系統(tǒng)自動對冗余整流模塊進行軟關(guān)斷，使之處于休眠、備用狀態(tài)，提高電源轉(zhuǎn)換工作效率。
　?、?對系統(tǒng)負載、電池充電電流的變化能夠?qū)崿F(xiàn)冗余模塊的智能控制(開啟／休眠智能選擇)，提高系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)換效率。
　　⑷ 對系統(tǒng)整流模塊采用自動輪換工作方式，輪換原則為“先開后關(guān)”，即先投入原來休眠模塊工作，后“關(guān)閉”原來工作的模塊，避免部分模塊長期工作，部整流模塊均衡使用，提高設備運行壽命。
　　 3.3 整流模塊軟關(guān)斷節(jié)能技術(shù)分析
　?、派蠄D2所示的上半部分為整流模塊遠程關(guān)斷示意圖，它只關(guān)閉模塊輔助控制電源的直流部分，而交流部分損耗仍然存在，實驗測試結(jié)果表明，該方法只可以把整流模塊的自身電能損耗降低到50％。
　?、?上圖3所示的下半部分為整流模塊通過軟件升級的監(jiān)控模塊實施軟關(guān)斷示意圖3，它可以實現(xiàn)同時關(guān)閉模塊輔助電源的交流部分和直流部分，實驗測試結(jié)果表明，該方法可以把整流模塊的自身電能損耗降低到16％，節(jié)約34％。因此整流模塊軟關(guān)斷技術(shù)應用也是節(jié)約電能的關(guān)鍵措施之一。
　　
　　
　　4 開關(guān)電源節(jié)能方案測量方法
　　4.1 整流模塊節(jié)能前、后能耗測量
　　模擬基站通信電源系統(tǒng)后備電池浮充狀態(tài)時的實際負載量配置，采用一臺l50A(三個50A整流模塊)配置，進行T24d、時的節(jié)能測試，試驗中采用純電阻恒定負載，軟關(guān)斷其中兩個整流模塊使之處于休眠狀態(tài)。（如圖4所示）
　　
　　4.2 整流模塊節(jié)能前、后效率曲線
　　 經(jīng)過研究可知，開關(guān)電源節(jié)能升級之前，負載率低，工作效率也低；當開關(guān)電源節(jié)能升級后，由于部分整流模塊處于“休眠”狀態(tài)，其負載率提高，系統(tǒng)工作效率也提高，降低了電能損耗，達到節(jié)能的目的。（如圖5所示）
　　
　　5 總論
　　通信高頻開關(guān)電源智能控制節(jié)能技術(shù)的應用，解決了高頻開關(guān)電源在實際使用中效率低、浪費能源的現(xiàn)狀，平均約提升10％的工作效率點，降低企業(yè)運營成本，提高了企業(yè)的競爭力。在履行企業(yè)節(jié)能減排的社會責任，節(jié)約大量的電費開支，為企業(yè)和社會創(chuàng)造巨大經(jīng)濟效益。
　　
　　參考文獻
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