大功率高頻開關電源的設計探討

黃曉春

摘要：在設計大功率高頻開關時，需要結(jié)合多學科知識對其進行分析，尤其是電力電學、微電子等，設計人員應該明確此類開關在設計時粗腰注意的要點，針對其特性，設計符合電力系統(tǒng)的電源，也應滿足當下節(jié)能環(huán)保型社會建立的需求。本文將對大功率高頻開關電源在設計時的一些注意事項和特性進行探討。

關鍵詞：大功率；電源；高頻開關；設計探討

伴隨科技的發(fā)展，電力行業(yè)也在不斷進步，高頻開關電源的問世，逐漸取代了傳統(tǒng)的相控電源，隨著時間的推移前進，市場上開始出現(xiàn)大頻率高頻開關。電力設備能正常運行的關鍵點就是電源，所以其設計是非常重要的。為滿足電力系統(tǒng)的安穩(wěn)運行，符合當下節(jié)能、環(huán)保的設計理念，大功率高頻開關電源的設計需要從多學科、多角度去進行綜合分析，使其設計出的高頻開關電源的性能更加完善、操作更加便捷。

一、大功率高頻開關電源基本功能和主要技術指標

大功率高頻開關電源為順應電力行業(yè)的發(fā)展趨勢和滿足用戶的需求，在進行開關電源設計時，不斷的更新設計方案與理念。但是開關電源的基本功能未變，包含以下幾點：（1）對電源輸出的電流與電壓進行實時的監(jiān)控。（2）當電源的電流、電壓輸出過量或出現(xiàn)過熱的現(xiàn)象時，大功率高頻開關電源可以進行檢測，具有電路保護的功能，警示燈可以發(fā)生警示。另一方面，具有修正、設置電源參數(shù)的功能。（3）大功率高頻開關電源具備電流自動均流功能，可以針對電源的實際情況，合理的調(diào)節(jié)電流流量。（4）大功率高頻開關電源最有優(yōu)勢的功能就是具備掉電記憶保護，這項功能對用戶用安全較為重要。

目前，我國電力行業(yè)對大功率高頻開關電源設計的相關規(guī)范要求比較嚴格，這些硬性指標包括開關電源的各個方面，比如：電源額定輸出功率12KW、額定輸出電壓DC28V；工作溫度在零下20℃至55℃之間；輸入電壓在3/N/PE～380/220v之間、50HZ等。這些指標都是設計時的硬性指標，所有大功率高頻開關電源的設計都要以此為標準。

二、大功率高頻開關電源的特點

大功率高頻開關電源的設計，具有一些明顯的特征，因為電氣在使用的過程中，電容量在持續(xù)增加，所以設計大功率高頻開關電源時，需要結(jié)合市場需求進行綜合考慮，制定出合理的設計方案。大功率高頻開關與傳統(tǒng)的開關電源相比具有顯著的優(yōu)勢，尤其在提倡節(jié)能環(huán)保的當下社會，特別符合用戶的實際需求。另一方面，也可以有效降低電源在電網(wǎng)里的影響力度。大功率高頻開關電源的設計的核心點，就是大功率高頻，因為這樣可以在減小開關電源體積的前提下，通過實際情況對電源進行靈活的控制，包括電源電容與電流等，對高頻開關電源的生產(chǎn)成本而言，也可實現(xiàn)有效的控制，最大限度的發(fā)揮出大功率高頻開關電源的設計優(yōu)勢。除上述的特點之外，大功率高頻開關電源的設計特點，還包括其功能方面的一些特點，比如：此類開關可以對電源進行實時的電流、電壓輸出控制；其電源在進行設計之時，可以利用RS458通信接口，通過將其連接在上位機上，對整個電源的運行參數(shù)與狀態(tài)等，進行實時監(jiān)控等。

三、大功率高頻開關電源的設計要點

大功率高頻開關電源在設計時，可以從電源功率的拓撲、電源硬件設計和軟件設計、電磁干擾等方面進行設計把關。

1.電源功率拓撲結(jié)構(gòu)的選擇

大功率高頻開關的電源功率拓撲功能，主要是負責高頻電力逆變器進行高頻逆轉(zhuǎn)，相當于開關電源進行能量轉(zhuǎn)換，是開關電源最終呈現(xiàn)設計效果的關鍵影響因素，所以需要根據(jù)實際的需求對其進行有效的控制及合理的選擇。在選擇電源功率拓撲結(jié)構(gòu)時，需要從電壓的輸入范圍、輸出范圍，輸出功率大小，斬波電流等方面對其進行合理的分析，確保其符合實際高頻開關電源的設計需求，特別需要注意的是，電流輸出功率與電流輸入輸出的之間的電壓比。如圖1。

2.電源硬件電路的設計

開關電源由幾個環(huán)節(jié)共同組成，其中硬件電路是最基本的組成部分，對整個開關電源運行的效率和可靠性至關重要。以往的某些開關電源設計，通過純硬件模擬電路的形式來實現(xiàn)電源硬件電路的設計，首先需要對開關的整體結(jié)構(gòu)進行確定，從橫向、縱向兩個方面將開關電源的各環(huán)節(jié)進行細化，然后正對各環(huán)節(jié)采取相應的設計理念，可以有效的簡化電路設計的過程，還可以提升電路的抗干擾能力。以功率級電路設計和智能控制電路設計為例，其中功率計電路設計在進行電路設計時，可以將開關電源當成獨立的單個輸出網(wǎng)絡，之后對其開關電源的系統(tǒng)參數(shù)進行確定，以此方法來完成電路各個模塊的設計，也可以將整流模塊和電網(wǎng)連接起來，將交流電網(wǎng)轉(zhuǎn)變成直流電能，此項方法可靠性較高，可能承受住雷雨天氣時，雷電的引發(fā)的浪涌沖擊。作為負責控制電源環(huán)路、電路狀態(tài)顯示、電路系統(tǒng)保護與通訊等多項功能的電源控制電路，其在開關電源硬件結(jié)構(gòu)中的地位是非常重要的，其中，環(huán)路控制是整個電源智能控制電路的關鍵所在，對電壓輸出的準確性至關重要，提高電路的保護功能對整個電源的安全運行具有非常重要的意義。另一方面，開關電源的運行狀態(tài)必須具有實時的顯示功能，可通過相關控制器實現(xiàn)此項功能[1]。

3.電源軟件電路的設計

大功率高頻開關電源的軟件電路設計主要從核心控制器的選擇方面進行合理的分析，需要確定控制系統(tǒng)的編程語言和環(huán)境，以應用較多的C語言為例，因其具備較強的移植性和可讀性，所以代碼效率非常高。當下市場上的數(shù)字式開關電源就是利用核心控制器進行的程序編寫，一般分為兩種設計形式，即由頂向下和由下向頂程序設計，在具體的程序編寫時，需要從實際需求出發(fā)，進行合理的設計[2]。

4.電源內(nèi)部電纜的布局設計

大功率高頻開關電源在設計時，其內(nèi)部電纜的布局相對比較容易，只需注意以下幾點就可以：為實現(xiàn)用戶在使用開關電源時的美觀感受，在對開關電源的線路進行捆綁時，需要注意將不同功能的電線區(qū)分捆綁，這樣做得目的是預防其發(fā)生電磁干擾，多數(shù)都是將不同功能的捆綁線設立在不同的連接器中。

結(jié)語

大功率高頻開關電源在設計時，應該注意其自身特性，然后同實際的運行情況相結(jié)合，設計出用戶滿意的開關，需要特別注意電源開關的電路設計結(jié)構(gòu)，及時改進此類開關的不足之處，為電源運行的可靠性和穩(wěn)定性提供保障。為保證電源設計的指標符合實際的技術需求，應注意電磁兼容問題，增強此類開關控制系統(tǒng)的獨立性，更好的提升電源設計的可靠性和穩(wěn)定性。

參考文獻

[1]李展征. 大功率高頻開關電源的設計探討[J]. 電子世界，2017（5）：129-130.

[2]馬登輝，程曉雨. 大功率電鍍高頻開關電源的設計探討[J]. 民營科技，2012（1）：43-43.

（作者單位：美的集團廚房和熱水事業(yè)部）