電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用

文/顧德峰

電力電子中的能源要經(jīng)過(guò)電力電子設(shè)備的轉(zhuǎn)換，才能為使用者提供服務(wù)?！峨娏﹄娮蛹夹g(shù)》是新時(shí)期下一門(mén)特殊的教學(xué)科目，要求學(xué)生掌握一定的電子電力知識(shí)，學(xué)會(huì)利用電力電子器件對(duì)電能進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換。電力電子轉(zhuǎn)換主要包括“電力電子器件、變流電路和控制電路”三個(gè)部分，每一部分都非常重要，在開(kāi)關(guān)電源中起到關(guān)鍵的作用。

1 電力電子技術(shù)的發(fā)展及其特點(diǎn)

電力電子技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程。最早應(yīng)該追溯到第一個(gè)晶閘管（FGH）的誕生?！熬чl管”是美國(guó)一家通用電氣公司的問(wèn)世標(biāo)志，為電力電子技術(shù)的發(fā)展開(kāi)了先河，并促進(jìn)了電力電子技術(shù)在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。目前很多家用電源開(kāi)關(guān)內(nèi)部使用的都是FGH，是第一代半控型器件，不能自行關(guān)斷，需要使用者根據(jù)需求進(jìn)行操作。以FGH 為核心的變流電路在電子能源轉(zhuǎn)換過(guò)程中扮演著重要的角色，主要功能是使交流變成直流，為用戶提供全面的安全服務(wù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電力電子技術(shù)水平也呈現(xiàn)出不斷發(fā)展的趨勢(shì)。傳統(tǒng)的FGH逐漸被“GTR、GTO”等新穎的電力轉(zhuǎn)換器件所代替，從“傳統(tǒng)電力電子技術(shù)”向“現(xiàn)代電力電子技術(shù)”轉(zhuǎn)變。電力電子器件的研究和開(kāi)發(fā)，也推動(dòng)了當(dāng)前電力行業(yè)的進(jìn)步，使人們進(jìn)入高頻化和智能化的電力時(shí)代?！癐GBT”的出現(xiàn)，更是實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)之間的非同期互聯(lián)，解決了很多電源開(kāi)關(guān)的不穩(wěn)定問(wèn)題，避免電路中出現(xiàn)短路和功損。

很多家居用品和用電器等，都需要配置相應(yīng)的開(kāi)關(guān)，才能為用戶提供便利，有效的實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)和電路互通。在電源開(kāi)關(guān)系統(tǒng)中加入電力電子應(yīng)用，是新時(shí)期的科技需求，也是每個(gè)家電設(shè)計(jì)工作者需要掌握的重點(diǎn)技術(shù)。影響電力傳輸?shù)囊蛩赜泻芏?，比如“電路的距離、電壓的大小、傳輸電線的質(zhì)量、電路設(shè)備的品牌”等，這些都會(huì)影響電流在線路中的傳輸速率。如果電路距離過(guò)長(zhǎng)、電壓強(qiáng)度不夠、電路設(shè)備不夠完善，就有可能降低電源開(kāi)關(guān)的反應(yīng)靈敏度，增加電路能量的消耗。此外，有的用戶不注意用電安全，反復(fù)使用電源開(kāi)關(guān)，就會(huì)導(dǎo)致短路電流，燒斷保險(xiǎn)絲等問(wèn)題出現(xiàn)，甚至產(chǎn)生漏電的危險(xiǎn)，對(duì)用戶的人身安全產(chǎn)生威脅。所以新時(shí)期的電力工作者必須事先預(yù)想這些可能存在的安全隱患，做出有效的應(yīng)對(duì)政策和解決措施，加大電力電子技術(shù)在電源開(kāi)關(guān)中的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的電力傳輸系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，不存在電容充電電流，電力的功率損耗也相對(duì)較小，這適合小家電的用戶使用。很多大型的家用電器，比如“電冰箱、洗衣機(jī)、電視機(jī)、跑步機(jī)”等，就需要改變傳統(tǒng)的電力傳輸系統(tǒng)，采用高壓直流輸電輸送的方式，使電源系統(tǒng)擁有較快的調(diào)節(jié)速度，方便用戶的操作，并且投入到市場(chǎng)當(dāng)中使用。這些大功率的電子器件，電流的傳輸形式和傳統(tǒng)的小電路不同，用戶在使用時(shí)必須注意安全，建立有效的防范意識(shí)，逐漸改善高壓直流輸電設(shè)備的性能。

2 開(kāi)關(guān)電源的種類和特點(diǎn)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和運(yùn)用，各種各樣的電源開(kāi)關(guān)出現(xiàn)在人們生活當(dāng)中。根據(jù)電路類型和電流傳輸方式的不同，開(kāi)關(guān)電源主要分為以下幾類。

（1）傳統(tǒng)輸入和輸出的類型。由于輸入和輸出方式的區(qū)別，可以將開(kāi)關(guān)電源分為“DC/DC和AC/DC”兩種變換器?！癉C/DC”模式更注重電流的可靠性和安全性，而“AC/DC”注重的是電源開(kāi)關(guān)的低耗和低噪聲設(shè)計(jì)，給用戶提供更提心的服務(wù)。根據(jù)兩種電流傳輸形式不同，用戶需要選擇適合自己家庭的電源開(kāi)關(guān)，發(fā)揮“DC/DC和AC/DC”兩種變換器的價(jià)值和作用。

（2）可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以將開(kāi)關(guān)電源分為“接觸式和非接觸式”兩種。通過(guò)字面意思理解，“接觸式”需要用戶接觸電源開(kāi)關(guān)才能進(jìn)行相關(guān)的操作，而“非接觸式”則強(qiáng)調(diào)智能化和自動(dòng)化，用戶遠(yuǎn)程即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電源開(kāi)關(guān)的控制?！敖佑|式”的開(kāi)關(guān)比較傳統(tǒng)，但是靈敏度極高，“非接觸式”的開(kāi)關(guān)雖然更加智能化，但助長(zhǎng)了人們懶惰的思想。無(wú)論是哪種類型的電源開(kāi)關(guān)，只要是用戶需要的，都值得各大企業(yè)的充分研究和發(fā)展。

（3）根據(jù)控制方式的不同，還可以將開(kāi)關(guān)電源分為“PWM、PFM、脈沖寬度調(diào)制”三種。每一種電源開(kāi)關(guān)都有自己的價(jià)值和特點(diǎn)，用戶可以根據(jù)自己的需要自行選擇。PWM是“脈沖寬度調(diào)制式”；PFM是“脈沖頻率調(diào)制式”。只有把握電力電子能量傳輸?shù)姆绞胶头椒?，才能不斷提高電源開(kāi)關(guān)的使用性能，有效保證開(kāi)關(guān)電源的使用效率，減少不必要的能量損耗。

3 電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用

在了解電源開(kāi)關(guān)之后，需要對(duì)電力電子技術(shù)在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用進(jìn)行分析。通常情況下，電源開(kāi)關(guān)都是利用“R-C或是L-C”的緩沖器。這種緩沖器有利于降低開(kāi)關(guān)電源的能量損耗，為用戶解決“開(kāi)關(guān)反應(yīng)慢”等問(wèn)題，追求開(kāi)關(guān)電源的高頻化。但這種緩沖器的使用，可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)噪聲的增加，還存在多種實(shí)用化方面的問(wèn)題。相關(guān)的技術(shù)人員可以引入“諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)”，為用戶提供較高的服務(wù)保障，在實(shí)現(xiàn)高頻化的同時(shí)降低噪音。

隨著智能科技的持續(xù)進(jìn)步，不間斷電源（UPS）逐漸出現(xiàn)在大眾的視野中。UPS是結(jié)合了計(jì)算機(jī)、通信系統(tǒng)等多種高科技、高性能的電源，能實(shí)現(xiàn)智能化的管理和控制系統(tǒng)，極大的提高了開(kāi)關(guān)電源的使用效率。很多較大功率的“M0SFET、IGBT”等現(xiàn)代化電力電子器件，也可以作為不間斷電源的應(yīng)用模塊，以便實(shí)現(xiàn)對(duì) UPS的智能化管理，使電力電子系統(tǒng)趨于簡(jiǎn)單化和科技化。此外，開(kāi)關(guān)電源中的主電路設(shè)計(jì)，也有特定的需求，不能胡亂搭配電器元件。電路中的電子設(shè)備，必須滿足非線性的特點(diǎn)，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的多路控制，使控制系統(tǒng)更加的結(jié)構(gòu)化和內(nèi)容化。開(kāi)關(guān)電源的使用頻率，可以通過(guò)電路的時(shí)間周期來(lái)控制實(shí)現(xiàn)，必要時(shí)可以引入通過(guò)“模糊控制、微機(jī)控制、人工控制”等多種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，以便為用戶提供有效的控制系統(tǒng)。

有的用戶對(duì)家電的用電安全有較高的要求。比如“母嬰室”、“兒童用電器”、“家用熨斗”等，使用者一般都是女性或小孩子，他們不懂得電力的傳輸流程，缺乏一定的安全意識(shí)。小孩子在使用這些大功率用電器時(shí)，容易發(fā)生危險(xiǎn)，漏電和跳閘時(shí)不知道如何解決，甚至發(fā)生安全隱患。為了避免這些現(xiàn)象的發(fā)生，電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者可以采用“柔性交流輸電系統(tǒng)”，從本質(zhì)上強(qiáng)化家用電器的防漏電功能，才能極大的保障用戶的使用安全，為廣大群眾提供切實(shí)可行的電力服務(wù)。

科學(xué)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展，使電力傳輸系統(tǒng)成為各行各業(yè)的重點(diǎn)研究項(xiàng)目，同時(shí)也為“FACIS”技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了先行性的條件。我們可以運(yùn)用電力電力科技，在電源開(kāi)關(guān)中加入“IGBT、FACTS”等可關(guān)斷器件原件，改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，提升電源開(kāi)關(guān)的靈敏程度。無(wú)論是電路傳輸系統(tǒng)一致還是相位相反的電流，都要做好詳細(xì)的設(shè)計(jì)規(guī)劃，才能有利于實(shí)現(xiàn)電路傳輸?shù)目煽啃?，擴(kuò)大開(kāi)關(guān)電源結(jié)合電力電子的市場(chǎng)活動(dòng)。新時(shí)代在不斷向前發(fā)展，只有結(jié)合新時(shí)代的科學(xué)技術(shù)，才能提高開(kāi)關(guān)電源的使用價(jià)值。電力企業(yè)要廣招賢才，收賢納士，讓更多的專業(yè)技術(shù)人員參與電力行業(yè)的研究和開(kāi)發(fā)過(guò)程。

總而言之，開(kāi)關(guān)電源是現(xiàn)代電力電子技術(shù)最常見(jiàn)的應(yīng)用。但是，開(kāi)關(guān)電源在運(yùn)行過(guò)程中也存在著電路復(fù)雜、電磁干擾等多種電路問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響用戶的使用體驗(yàn)。為了保證電力電子輸出能量的可靠性，相關(guān)的技術(shù)人員一定要了解電力電子技術(shù)的發(fā)展及其特點(diǎn)，才能促進(jìn)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，保證主電路正常工作，為人類的社會(huì)發(fā)展和生活動(dòng)態(tài)提供各方面的支持。