大功率高頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)探討

黃曉春

摘要：在設(shè)計(jì)大功率高頻開(kāi)關(guān)時(shí)，需要結(jié)合多學(xué)科知識(shí)對(duì)其進(jìn)行分析，尤其是電力電學(xué)、微電子等，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該明確此類開(kāi)關(guān)在設(shè)計(jì)時(shí)粗腰注意的要點(diǎn)，針對(duì)其特性，設(shè)計(jì)符合電力系統(tǒng)的電源，也應(yīng)滿足當(dāng)下節(jié)能環(huán)保型社會(huì)建立的需求。本文將對(duì)大功率高頻開(kāi)關(guān)電源在設(shè)計(jì)時(shí)的一些注意事項(xiàng)和特性進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：大功率;電源;高頻開(kāi)關(guān);設(shè)計(jì)探討

伴隨科技的發(fā)展，電力行業(yè)也在不斷進(jìn)步，高頻開(kāi)關(guān)電源的問(wèn)世，逐漸取代了傳統(tǒng)的相控電源，隨著時(shí)間的推移前進(jìn)，市場(chǎng)上開(kāi)始出現(xiàn)大頻率高頻開(kāi)關(guān)。電力設(shè)備能正常運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)就是電源，所以其設(shè)計(jì)是非常重要的。為滿足電力系統(tǒng)的安穩(wěn)運(yùn)行，符合當(dāng)下節(jié)能、環(huán)保的設(shè)計(jì)理念，大功率高頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)需要從多學(xué)科、多角度去進(jìn)行綜合分析，使其設(shè)計(jì)出的高頻開(kāi)關(guān)電源的性能更加完善、操作更加便捷。

一、大功率高頻開(kāi)關(guān)電源基本功能和主要技術(shù)指標(biāo)

大功率高頻開(kāi)關(guān)電源為順應(yīng)電力行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和滿足用戶的需求，在進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)，不斷的更新設(shè)計(jì)方案與理念。但是開(kāi)關(guān)電源的基本功能未變，包含以下幾點(diǎn)：（1）對(duì)電源輸出的電流與電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。（2）當(dāng)電源的電流、電壓輸出過(guò)量或出現(xiàn)過(guò)熱的現(xiàn)象時(shí)，大功率高頻開(kāi)關(guān)電源可以進(jìn)行檢測(cè)，具有電路保護(hù)的功能，警示燈可以發(fā)生警示。另一方面，具有修正、設(shè)置電源參數(shù)的功能。（3）大功率高頻開(kāi)關(guān)電源具備電流自動(dòng)均流功能，可以針對(duì)電源的實(shí)際情況，合理的調(diào)節(jié)電流流量。（4）大功率高頻開(kāi)關(guān)電源最有優(yōu)勢(shì)的功能就是具備掉電記憶保護(hù)，這項(xiàng)功能對(duì)用戶用安全較為重要。

目前，我國(guó)電力行業(yè)對(duì)大功率高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范要求比較嚴(yán)格，這些硬性指標(biāo)包括開(kāi)關(guān)電源的各個(gè)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(biāo)都是設(shè)計(jì)時(shí)的硬性指標(biāo)，所有大功率高頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)都要以此為標(biāo)準(zhǔn)。

二、大功率高頻開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)

大功率高頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)，具有一些明顯的特征，因?yàn)殡姎庠谑褂玫倪^(guò)程中，電容量在持續(xù)增加，所以設(shè)計(jì)大功率高頻開(kāi)關(guān)電源時(shí)，需要結(jié)合市場(chǎng)需求進(jìn)行綜合考慮，制定出合理的設(shè)計(jì)方案。大功率高頻開(kāi)關(guān)與傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源相比具有顯著的優(yōu)勢(shì)，尤其在提倡節(jié)能環(huán)保的當(dāng)下社會(huì)，特別符合用戶的實(shí)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(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)的核心點(diǎn)，就是大功率高頻，因?yàn)檫@樣可以在減小開(kāi)關(guān)電源體積的前提下，通過(guò)實(shí)際情況對(duì)電源進(jìn)行靈活的控制，包括電源電容與電流等，對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源的生產(chǎn)成本而言，也可實(shí)現(xiàn)有效的控制，最大限度的發(fā)揮出大功率高頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。除上述的特點(diǎn)之外，大功率高頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，還包括其功能方面的一些特點(diǎn)，比如：此類開(kāi)關(guān)可以對(duì)電源進(jìn)行實(shí)時(shí)的電流、電壓輸出控制;其電源在進(jìn)行設(shè)計(jì)之時(shí)，可以利用RS458通信接口，通過(guò)將其連接在上位機(jī)上，對(duì)整個(gè)電源的運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)等，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控等。

三、大功率高頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

大功率高頻開(kāi)關(guān)電源在設(shè)計(jì)時(shí)，可以從電源功率的拓?fù)?、電源硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)、電磁干擾等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)把關(guān)。

1.電源功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇

大功率高頻開(kāi)關(guān)的電源功率拓?fù)涔δ埽饕秦?fù)責(zé)高頻電力逆變器進(jìn)行高頻逆轉(zhuǎn)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，是開(kāi)關(guān)電源最終呈現(xiàn)設(shè)計(jì)效果的關(guān)鍵影響因素，所以需要根據(jù)實(shí)際的需求對(duì)其進(jìn)行有效的控制及合理的選擇。在選擇電源功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，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(duì)其進(jìn)行合理的分析，確保其符合實(shí)際高頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)電源由幾個(gè)環(huán)節(jié)共同組成，其中硬件電路是最基本的組成部分，對(duì)整個(gè)開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行的效率和可靠性至關(guān)重要。以往的某些開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)，通過(guò)純硬件模擬電路的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)電源硬件電路的設(shè)計(jì)，首先需要對(duì)開(kāi)關(guān)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定，從橫向、縱向兩個(gè)方面將開(kāi)關(guān)電源的各環(huán)節(jié)進(jìn)行細(xì)化，然后正對(duì)各環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)理念，可以有效的簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)的過(guò)程，還可以提升電路的抗干擾能力。以功率級(jí)電路設(shè)計(jì)和智能控制電路設(shè)計(jì)為例，其中功率計(jì)電路設(shè)計(jì)在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，可以將開(kāi)關(guān)電源當(dāng)成獨(dú)立的單個(gè)輸出網(wǎng)絡(luò)，之后對(duì)其開(kāi)關(guān)電源的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行確定，以此方法來(lái)完成電路各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，也可以將整流模塊和電網(wǎng)連接起來(lái)，將交流電網(wǎng)轉(zhuǎn)變成直流電能，此項(xiàng)方法可靠性較高，可能承受住雷雨天氣時(shí)，雷電的引發(fā)的浪涌沖擊。作為負(fù)責(zé)控制電源環(huán)路、電路狀態(tài)顯示、電路系統(tǒng)保護(hù)與通訊等多項(xiàng)功能的電源控制電路，其在開(kāi)關(guān)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(gè)電源智能控制電路的關(guān)鍵所在，對(duì)電壓輸出的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，提高電路的保護(hù)功能對(duì)整個(gè)電源的安全運(yùn)行具有非常重要的意義。另一方面，開(kāi)關(guān)電源的運(yùn)行狀態(tài)必須具有實(shí)時(shí)的顯示功能，可通過(guò)相關(guān)控制器實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能[1] 。

3.電源軟件電路的設(shè)計(jì)

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

4.電源內(nèi)部電纜的布局設(shè)計(jì)

大功率高頻開(kāi)關(guān)電源在設(shè)計(jì)時(shí)，其內(nèi)部電纜的布局相對(duì)比較容易，只需注意以下幾點(diǎn)就可以：為實(shí)現(xiàn)用戶在使用開(kāi)關(guān)電源時(shí)的美觀感受，在對(duì)開(kāi)關(guān)電源的線路進(jìn)行捆綁時(shí)，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(yù)防其發(fā)生電磁干擾，多數(shù)都是將不同功能的捆綁線設(shè)立在不同的連接器中。

結(jié)語(yǔ)

大功率高頻開(kāi)關(guān)電源在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意其自身特性，然后同實(shí)際的運(yùn)行情況相結(jié)合，設(shè)計(jì)出用戶滿意的開(kāi)關(guān)，需要特別注意電源開(kāi)關(guān)的電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，及時(shí)改進(jìn)此類開(kāi)關(guān)的不足之處，為電源運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性提供保障。為保證電源設(shè)計(jì)的指標(biāo)符合實(shí)際的技術(shù)需求，應(yīng)注意電磁兼容問(wèn)題，增強(qiáng)此類開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)的獨(dú)立性，更好的提升電源設(shè)計(jì)的可靠性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李展征.大功率高頻開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)探討[J].民營(yíng)科技，2012（1）：43-43.

（作者單位：美的集團(tuán)廚房和熱水事業(yè)部）