開關(guān)電源的新技術(shù)及其應(yīng)用

中國(guó)人民解放軍石家莊機(jī)械化步兵學(xué)院 曹 騰 呂鵬飛

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開關(guān)電源的新技術(shù)及其應(yīng)用

中國(guó)人民解放軍石家莊機(jī)械化步兵學(xué)院 曹 騰 呂鵬飛

【摘要】電源在電子設(shè)備領(lǐng)域占有重要地位。我國(guó)的電子技術(shù)快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)水平不斷提高。對(duì)開關(guān)電源的要求相應(yīng)更高。電源開關(guān)在我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，相應(yīng)的科技水平較之前得到很大提高。文章主要論述開關(guān)電源的分類以及開關(guān)電源的新型技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】開關(guān)電源；新技術(shù)；應(yīng)用

0 引言

開關(guān)電源的具有效率高、體積小以及重量輕等優(yōu)點(diǎn)。隨著我國(guó)的電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子設(shè)備種類更為繁多，任何電子設(shè)備都需要搭配可靠安全的電源，開關(guān)電源由于其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)電子設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。開關(guān)電源從問(wèn)世以來(lái)便發(fā)揮其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，我國(guó)電源界對(duì)開關(guān)電源非常重視，開關(guān)電源是一項(xiàng)具有發(fā)展前途的全新的技術(shù)產(chǎn)品，并且產(chǎn)品朝著短小、輕便、穩(wěn)定、安全的方向不斷進(jìn)步。

1 開關(guān)電源定義

開關(guān)電源作為線性穩(wěn)壓電源替代品而出現(xiàn)，開關(guān)電源相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品是穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源所指的是電路中電子器件處在開關(guān)狀態(tài)的一種電源。假如將電子電路（AC-DC 電路、AC-AC、DC-AC 電路、電路DC-DC 這四種電路看作是電源電路，那么所有電子電路可以當(dāng)做是開關(guān)電源電路。然而在實(shí)際情況中，只有同時(shí)具備這些條件的電源才是開關(guān)電源,這些條件包括：開關(guān)、高頻、直流。[1]

2 開關(guān)電源的分類

開關(guān)電源正在向輕短小薄、低噪音?？闺姶鸥蓴_等方向發(fā)展。逐步成為電源技術(shù)領(lǐng)域中重要的電子器件，開關(guān)電源主要分成這幾類DC/DC和AC/DC?；蛘逜C/AC以及DC/AC。例如逆變器。

3 開關(guān)電源工作方式

首先，自激式自激的方式通過(guò)外部的激勵(lì)信號(hào)能夠獨(dú)立自行發(fā)生振蕩，因此，自激式可以視作為變壓器作反饋的振蕩電路。其次，他激式 該方式主要依靠外部的激勵(lì)來(lái)保持振蕩。開關(guān)電源實(shí)際的使用過(guò)程中，第一種方式運(yùn)用最為普遍以及廣泛。例如，我們家里使用的電器的開關(guān)電源，通過(guò)整流橋的作用，220伏特的電流轉(zhuǎn)換后變成300伏特的直流電，經(jīng)過(guò)濾波之后，通過(guò)變壓器進(jìn)入開關(guān)集電極產(chǎn)生高頻段的振蕩。。通過(guò)整流過(guò)程、濾波過(guò)程、穩(wěn)壓過(guò)程之后直流電壓給家用電器提供電能。

4 開關(guān)電源的新技術(shù)

4.1 高頻化

當(dāng)前，微處理器的尺寸小，傳統(tǒng)電源不適應(yīng)其規(guī)格。因此要求電源尺寸減小、重量減輕、結(jié)構(gòu)緊密。為了達(dá)到微處理器的適用要求，應(yīng)當(dāng)縮小電源的體積。根據(jù)電力理論，電器重量、體積和頻率成反比。簡(jiǎn)單地來(lái)講。電器體積縮小，重量減輕應(yīng)當(dāng)提高工作頻率。因此，電源體積縮小以及重量減輕可以通過(guò)提高工作頻率加以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)頻率從幾十赫茲提升至幾千赫茲，電源體積可以明顯縮小，重量顯著減輕。

4.2 集成化以及模板化

所謂集成化，是指將電子設(shè)備集合在一處，不是一個(gè)設(shè)備單獨(dú)工作，多個(gè)設(shè)備集合在一處發(fā)揮作用。開關(guān)電源使用安裝多個(gè)元件以及驅(qū)動(dòng)達(dá)到集成化使用效果。模板化是指元件、電路采取同樣的組合模式，提高開關(guān)電源工作效率。模板化設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)在于放棄連線，減少寄生效應(yīng)。不但促使開關(guān)電源使用更為靈活方便，而且由于承受應(yīng)力縮小，電源使用壽命增強(qiáng)。

4.3 軟開關(guān)技術(shù)

給予對(duì)照組患者傳統(tǒng)開腹手術(shù)治療，患者行腰硬聯(lián)合麻醉，麻醉后打開腹腔，進(jìn)行粘連松解手術(shù)，盡可能保證患者的輸卵管恢復(fù)到正常的解剖結(jié)構(gòu)。觀察組患者采用腹腔鏡手術(shù)治療，對(duì)患者進(jìn)行氣管插管，行全身麻醉。患者采取膀胱截石位，于患者臍部約10 mm的范圍內(nèi)行一切口，置入腹腔鏡；同時(shí)在患者兩側(cè)髂前上棘內(nèi)3 cm處行兩個(gè)5 mm的切口，對(duì)輸卵管和子宮進(jìn)行美藍(lán)通液治療，針對(duì)患者的具體情況進(jìn)行針對(duì)性的治療方法。手術(shù)完成后，給予患者右旋糖酐、地塞米松、強(qiáng)大霉素等預(yù)防粘連，同時(shí)給予患者抗炎、抗感染及活血化瘀等治療。

軟開關(guān)技術(shù)是保障電源高頻的重要技術(shù)，通過(guò)應(yīng)用諧振原理，促使元器件的電壓按照正弦的規(guī)律變化，電壓為零時(shí)器件開通。電流為零時(shí)，器件關(guān)閉。因此，軟開關(guān)技術(shù)通常稱為零電壓技術(shù)。軟開關(guān)技術(shù)在開關(guān)電源中得到廣泛的應(yīng)用，相對(duì)于硬開關(guān)技術(shù)，軟開關(guān)技術(shù)減少了開關(guān)損耗。

4.4 功率因數(shù)校正技術(shù)

功率因數(shù)的定義是有功功率以及視在功率二者之間的比植。一般來(lái)講，開關(guān)電源都會(huì)采用整流橋以及濾波電容，濾波電容具有充電放電的功能，濾波電容電壓的最小值不是零并且與最大值相差不大。為了促使電壓平滑直流輸出并且保障輸入電流為正弦波，因此需要加入功率因數(shù)校正電路，保障電壓穩(wěn)定輸出。

5 開關(guān)電源發(fā)展趨勢(shì)

5.1 綠色化

綠色化是指電源沒(méi)有污染。分布式的體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成并且在許多領(lǐng)域廣泛使用，電源開關(guān)的發(fā)展方向也向著高功率以及高頻化發(fā)展。然而，開關(guān)電源會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染成為電網(wǎng)中的污染源頭，主要的原因在于輸入側(cè)的形成尖峰脈沖。目前，電工委員會(huì)為了防止電器對(duì)電網(wǎng)的污染，制定了一系列的規(guī)范以及標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，將功率因數(shù)校對(duì)機(jī)器按照標(biāo)準(zhǔn)安裝在轉(zhuǎn)換器上減輕污染。在開關(guān)電源的廣泛應(yīng)用的過(guò)程中，逐步出現(xiàn)許多新的問(wèn)題以及考研，例如寄生元件導(dǎo)致電磁輻射的強(qiáng)度更大。所以，產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)滿足電工委員會(huì)制定的標(biāo)準(zhǔn)，保障開關(guān)電源綠色化。

5.2 抗電磁干擾

分布式體系中，開關(guān)電源的體積非常小，開關(guān)的工作頻率非常高以及功率大等特點(diǎn)，因此會(huì)產(chǎn)生一系列的電磁干擾以及噪音。所以，以后的開關(guān)電源要求控制電磁干擾以及降低噪音。開關(guān)電源主要產(chǎn)生射頻干擾原因是由于變換器的工作波形于電源有負(fù)面影響。此外，整流器、二極管、開關(guān)器件以及閉合電路都是噪音產(chǎn)生源。

開關(guān)電源電容濾波以及整流橋會(huì)產(chǎn)生尖脈沖狀的電流波，功率因數(shù)低從而導(dǎo)致整體功率低，在此基礎(chǔ)上增添功率因數(shù)校正器能起到很大的改善效果，保障功率因數(shù)能夠到達(dá)1 ，提高了功率因數(shù)。

5.4 過(guò)流過(guò)壓保護(hù)

在開關(guān)電源中配上過(guò)流過(guò)壓保護(hù)的電路，一旦出現(xiàn)過(guò)流、過(guò)壓或者短路的情況可以自動(dòng)快速地切斷電源，保障了開關(guān)電源的安全性。

5.5 擴(kuò)大電壓輸出范圍

目前，開關(guān)電源電源過(guò)低，因此整流二級(jí)管必須擁有優(yōu)良的性能。在運(yùn)用整流技術(shù)的時(shí)候要求使用MOSFET開關(guān)，此開關(guān)的傳導(dǎo)性能夠保證整流電路處在地?fù)p耗的水平，降低整流電路的損耗?，F(xiàn)在已經(jīng)研究出電阻10歐姆以下的MOSFET開關(guān)，損耗程度降到更低的水平。

6 開關(guān)電源的選用

開關(guān)電源由于自身屬于多極串聯(lián)的電路，一般輸入的干擾難以通過(guò)，相對(duì)于線性電源在電壓輸出穩(wěn)定這一點(diǎn)上占有很大優(yōu)勢(shì)，輸出的電壓一般穩(wěn)定度在百分之0.5以上，百分之1以下。

6.1 輸出電流選擇

由于開關(guān)電源的工作效率比較高，一般都能夠到達(dá)百分之80，所以在輸出電流的選擇上應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確測(cè)量用電設(shè)備使用過(guò)程的最大電流，從而在選擇開關(guān)電源上，能夠確保節(jié)省開支，不但節(jié)約能源而且能夠買到更具性價(jià)比的產(chǎn)品。

6.2 接地

開關(guān)電源相對(duì)于線性的電源更加容易產(chǎn)生干擾，對(duì)于干擾敏感的設(shè)備應(yīng)當(dāng)采取接地的方式降低干擾。因此，開關(guān)電源中一般都附帶電磁兼容濾器。例如利華技術(shù)的開關(guān)電源能夠?qū)G端口接用戶機(jī)殼或者接地，從而促使電磁兼容減輕干擾。

6.3 保護(hù)電路

開關(guān)電源在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)過(guò)流過(guò)熱或者短路的保護(hù)電路。在設(shè)計(jì)時(shí)候首先需要保護(hù)重要的電源模塊，此外保護(hù)電路中的參數(shù)設(shè)置應(yīng)當(dāng)和用電設(shè)備工作時(shí)候的特性相結(jié)合考慮，避免用戶開關(guān)電源或者用電器損壞，增加電源或用電器使用壽命。

7 開關(guān)電源應(yīng)用

開關(guān)電源應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1電子計(jì)算器、存儲(chǔ)裝置、中央處理器應(yīng)用開關(guān)電源2有線通訊設(shè)備、戶內(nèi)通訊設(shè)備、程控交換機(jī)應(yīng)用開關(guān)電源3工廠自動(dòng)化、數(shù)控機(jī)床、空調(diào)設(shè)備、機(jī)器人應(yīng)用開關(guān)電源4自動(dòng)售貨機(jī)、現(xiàn)金存儲(chǔ)機(jī)、交付機(jī)應(yīng)用開關(guān)電源5醫(yī)療設(shè)備、液晶顯示器、汽車電子裝置應(yīng)用開關(guān)電源 6游戲機(jī)應(yīng)用開關(guān)電源7數(shù)字音響以及電子樂(lè)器應(yīng)用開關(guān)電源8充電器插頭應(yīng)用開關(guān)電源9錄像機(jī)以及電視機(jī)應(yīng)用開關(guān)電源10個(gè)人傳真機(jī)、文字書寫機(jī)、復(fù)印機(jī)應(yīng)用開關(guān)電源。

8 結(jié)語(yǔ)

最近幾年，開關(guān)電源新技術(shù)引起了我國(guó)的電源界的普遍關(guān)注，開關(guān)電源技術(shù)也廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。對(duì)于我國(guó)的電子工業(yè)、電子經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到良好的作用。開關(guān)電源技術(shù)日趨成熟向著更綠色、更便捷、抗干擾的方向快速前進(jìn)。本文主要論述了開關(guān)的基本概念以及目前幾類常見電源開關(guān)類型，簡(jiǎn)單介紹了開關(guān)電源的工作方式。闡述了開關(guān)電源的發(fā)展方向。未來(lái)開關(guān)電源開關(guān)電源更小更輕更便攜，朝著更綠色更抗干擾更加安全的方向發(fā)展。目前，開關(guān)電源已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用且市場(chǎng)反應(yīng)良好，以后應(yīng)用范圍將會(huì)更加廣闊，開關(guān)電源前景不可限量。

參考文獻(xiàn)

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曹騰（1993—），男，陜西榆林人，中國(guó)人民解放軍石家莊機(jī)械化步兵學(xué)院學(xué)員，研究方向：電氣工程。

作者簡(jiǎn)介：