摘要：开关电源具备体积较小、工作效率较高等优点，已经在各种现代电子设备当中得到了较为广泛的应用。而因为开关电源相应的控制电路较为复杂，在实际应用当中会受到一些限制。怎样对开关电源形成完善的设计，使其应用性能更好的体现出来，值得我们更为深入的探索。
关键词：开关电源；技术；应用
1开关电源的研究现状
阻碍开关电源发展的因素较多，其中最为明显的要属功率器件的研制水平。早期的开关电源劣势比较明显。现如今，电子封装测试与电路系统高集成化不断的趋于完善，这就使得开关电源无论是在体积上还是在性能与质量上，其整体都要比过去更胜一筹。在电源的控制方面，开关电源从起初到现在，先后经历了电压控制、电流控制、移相控制等方式，这些控制方式在很大程度上均对电源的可靠性、稳定性和效率等的提高起到了相当大的改善。就开关电源性能的可靠与否而言，PFC与软开关技术所造成的影响都极为突出，二者均占有重要的地位。
1.1功率因数校正技术
电子设备从电网侧将交流电经整流获得直流电是其正常运行的前提条件，起初的电能转换装置采用非控整流方式，其结构及波形如图1所示。左图为其结构，主要有全桥非控整流与大容量滤波器，从右边图中可以看出其输入电流并没有和输入电压同频同相，且非正弦波，而是发生了严重的畸变。这种畸变的脉冲尖峰状电流不仅含有工频基波，而且还含有各种高次谐波，这些谐波会对邻近的电子设备、乃至整个电网产生干扰，从而直接影响电网的供电质量。
图1传统非控整流电路及波形
PFC作为一种有效的谐波抑制方法则能够解决传统的非控整流所引起的上述问题，因此对PFC技术进行研究具有一定的现实意义。在此之前，需先引入PF（功率因数）的定义，指交流输入P（有功功率）与输入S（视在功率）之比，显然P越大表示对电能的利用率越高，所以PF值是否接近于1成为衡量电能利用率的标志，其表达式为：
式中，1U与1I分别为交流输入电压与电流的基波有效值，RI为电网电流有效值。cos是基波电压与电流间的相移因数，是输入电流畸变因数。为了更好的反映电流失真给电路造成的影响，这里引入输入电流的THD（总谐波畸变率），如下式：
由式1.1与1.2可得：
因此：
在式1.1中，P为一个周期中输入电压和电流瞬时值乘积的平均值，S则是它们有效值的乘积，因此与cos成为决定PF的重要参数。显然若要使PF为1，就要使为1，且cos也为1。为1意味着输入电流的有效值与其基波有效值要相等，那么输入电流需要接近正弦，cos为1则0，即输入电压基波与输入电流基波同相位。因此，使输入电流正弦化，并与输入电压基波同相位是实现PFC的最佳途径。时至今日，PFC技术的发展已呈多元化。目前，常用的PFC技术有无源PFC、有源PFC、单相PFC、三相PFC、单级PFC、两级PFC等。针对PF的高低，文献对比了无源PFC和有源PFC，无源PFC对输入电流进行整形主要通过电感、电容等无源元件，因此，对PF的改善效果不佳，一般为0.5-0.75左右，并且其电路的各项指标与无源器件的参数紧密联系，因此一旦电路的某一指标变动，很有可能引发不好的效果。
1.2软开关技术
一开始的开关电源是工作在硬开关状态的，硬开关是指功率开关管在开通与关断的过程中，其上的电流和电压出现大面积交叠的现象，这是造成开关电源损耗的主要原因，与硬开关相反，软开关技术则利用无源元件与开关管串联或并联产生的谐振，使关断时的电流或者电压成为接近正弦波的波形，以此减小开通或关断时电压与电流的重叠面积，从而降低了损耗。在电流过零的时刻，将其关断；在电压过零的时候，将其开通。因此，工作于软开关技术下的电路，具备器件应力小，开关损耗趋于零和较小的du/dt和di/dt，极大地增加了变换器的工作频率与效率。
2基于开关电源技术应用与分析
2.1开关电源的原理
图2为开关电源原理结构图，主要分为几个单元电路组成；震荡回路、稳压电路、保护电路、负载回路等。通过下图原理图，我们进行详细分析。
图2反激开关电源原理结构图
2.2开关电源的组成
图3表示开关电源的典型结构,其工作原理:市电进入电源首先经整流和滤波转为高压直流电,然后通过开关电路和高频开关变压器转为高频率低压脉冲,再经过整流和滤波电路,最终输出低电压的直流电源。同时在输出部分有一个电路反馈给控制电路,通过控制PWM占空比以达到输出电压稳定。开关电源主要由四部分组成,具体如下:(1)主电路:主要包括功率开关管、输入整流滤波器、输入电磁干扰滤波器、高频变压器和输出整流滤波器,是指交流电网输入,到直流输出的主要电路。(2)控制电路:包括脉宽调制器、反馈电路、输出端取样电路。(3)检测及保护电路:检测电路有过热检测、欠电压检测、过电压检测、过电流检测等;保护电路可分为过热保护、箝位保护、欠电压保护、过电压保护、过电流保护、自动重启动、软启动等。(4)其他电路:如偏置电路、锯齿波发生器、光耦合器等。
图3开关电源结构图
2.3开关电源技术的应用
2.3.1内部设备的应用
当前,一些通信机房在应用开关电源技术期间,已经针对内部设备进行了创新与改革,能够通过整流设备方式与技术方式对二极管进行合理的应用,并对交流电进行转换,使电流成为直流电,不需要针对机械设备进行修改,主要因为在全部整流状态中,如果接入了电压直流电源,就可以保证正极与负极的稳定性与可靠性,促进电流的畅通。
2.3.2输入频率检测措施
在使用开关电源技术期间,应针对交流电进行合理分析,明确频率的情况,合理使用频率检测技术实施工作,利用科学方式对技术进行管理与控制,保证在实际发展期间,针对各方面内容进行科学的控制。在使用输入频率检测方式的过程中,还要明确具体的技术内容与条件,创建多元化的管理机制,协调检测技术之间的关系,保证在检测期间,及时发现系统问题,利用科学的方式应对问题,创新管理工作形式与渠道,以此提升开关电源技术的应用效果。
2.3.3启动保护功能机械设备的应用
在开关电源技术中,启动保护功能的机械设备较为重要,管理部门应予以足够重视,利用合理的方式对技术进行处理,全面应对当前存在的问题,建立多元化的管理与控制体系,营造良好的发展模式。在使用启动保护功能设备的时候,还要重视电压水平的检测,明确降压变压器的实际使用要求,并针对启用条件进行合理的分析,科学实施判断与管理工作,保证增强控制力度。
目前，开关电源被广泛应用于几乎所有的电子设备，研究其工作原理，掌握故障现象及维修方法，能缩短维修时间，提高电子技术人员的维修技能水平。
参考文献：
[1]王慧杰,都娟,姚兰.IPRAN技术发展分析[J].数字技术与应用,2017.
[2]刘彦.IPRAN技术及应用研究[J].中国新通信,2018.
[3]杨敏怡.IPRAN关键技术及其应用的分析[J].电子测试,2017.
论文作者:仲亚娜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
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