高频开关电源的技术现状与发展趋势

汪邦照

摘要：近年来，随着我国经济快速发展， 社会各个行业对于高频开关的需求日益加大，尤其是随着环境的恶化，能源的枯竭，人们对于高效、节能减排的产品越来越重视，高频开关就是一种节能减排的新型产品，它与传统的电源比起来，可以节约原材料、减少占地面积，是现阶段电源行业的热门产品，高频开关电源是一种适应现代社会形势的一种开关电源，受到了人们的重视。

关键词：高频开关电源;技术现状与;发展趋势

引言

国家发展快速，推动着电子技术应用愈加广泛。传统的电力电子技术对比较落后，已不能适应当今社会的快速发展，所以高频开关电源技术应运而生。我国的科技发展离不开电源，电源的技术应用涉及到生活的方方面面。电力电子技术会随着社会的不断进步而不断更新换代，如新能源汽车的出现对高频开关电力技术形成了巨大的推动力。

1开关电源的工作原理

开关电源的工作原理如图1所示，从图中可以看出，在220V交流电压（AC）输入后，由于开关电源的电子元件无法在此电压条件下运行，所以需要在高频开关技术的帮助下，对220V端电压进行转换，从而为电子设备的工作提供稳定的工作电压。另外，微型化已经成为变压器今后发展的主要方向，所以为了尽量缩减变压器的体积与重量，则必须要通过提升工作频率的方式来尽可能的提高电源功率密度，确保在微小体系情况下，开关电源仍然可以处于稳定工作的状态。对于开关电源而言，其电源效率如果可维持在70%~90%之间，便可让开关电源处于正常工作的状态，并且脉冲宽度与电源效率的稳定程度有着直接联系，所以可根据实际情况来对脉冲宽度予以有针对性的调整，以此来提高电源效率的稳定性。

图1：开关电源原理方框图

2高频开关电源的发展现状

高频开关电源非常受欢迎，因为它使用方便。需要说明的是，换式电源、开关变换器是高频开关电源的别称。高频开关电源的主要作用是将确定输入的电压通过高频开关电源转换成自己需要的电源。例如，可以购买高频开关电源，自由变换电压以满足需要。在所有的电力电子技术中，高频开关电源是比较核心的技术，也是最受欢迎、应用领域最广泛的技术。高频开关电源技术中的变频功能是高频开关电源技术中的核心。例如，新能源汽车就是使用变频技术；享誉国内外的大品牌——格力空调，主打变频技术，变频空调不仅制冷较好，而且可以大量节省电量。新能源汽车和格力变频空调都是利用开关电源改变电器的用电频率，以提供适合的电量来供应电器运转。例如，最初的电脑电路系统需要一间屋子来承载，因为传统的电力电路非常复杂且庞大，自从出现了高频开关电源技术，电路变得简单和便携。例如，软开关和硬开关的结合技术也在不断进步。ZCT和ZVT技术进步也兼有软开关耗能低、频率高、效率高的特点，电路体积和重量随之下降。这样不仅可以节约用电，还可以节约材料，节省占地面积，节约铺设电路的成本。简言之，高频开关技术应用非常广泛，发展前景乐观，将随着社会的不断进步而进步，应用领域也会不断扩大。例如，高频开关电源技术发展态势良好，逐渐淘汰线性电源，且开关频率可以达到兆赫兹级，体积也在向小型化方面发展。

3高频开关电源技术的发展趋势

3.1高频开关电源技术的稳定化

社会的快速发展推动着高频开关电源技术的发展，社会的发展离不开电力，各个领域的用电量越来越大，对电流的输送要求也越来越苛刻，要求电流的稳定化和持续化。排风扇、光耦合器等是影响电路稳定的主要因素。现在的高频开关电源技术主要克服的是电流的稳定化，利用模块化技术可以改善、优化这种情况。稳定性的问题会影响用户的使用感，导致用户的体验感下降。但是，这种技术问题在不久的将来都会被解决。SMT技术的应用使得高频开关电源技术得到了飞快发展。ZVS、ZCS软开关技术在高频开关技术的利用中成为发展主流。将来的技术会使高频开关电源技术变得更加强大、优化。

3.2与新型变压器的融合

变压器是高频开关电源上的重要器件，是我们研究的重点之一。目前高频开关电源上普遍使用的高频铁氧体磁芯会带来一定的磁损耗，影响高频开关电源的使用性能。现在开发研究的新型平面变压器，可以有效的减少电源的体积，提高电源效率，有着很好的开发应用前景。目前，现阶段的集成数字电路与数字控制芯片技术已经开始摆脱传统的技术不足，性能、质量与功能也越来越完全，为此，可以应用计算机辅助设计手段来提升高频开关电源的开发效率，最大限度的减少产品研发周期，实现新产品的推广与应用。

3.3噪声减小

以往的技术是频率越大噪声越大，这是高频开关电源技术需要研究的技术问题。谐振技术是减小噪音同时可以提高效率的一种技术。例如，冰箱的频率非常大，当冰箱工作时产生的噪音也非常大，是高频开关电源技术未来研究的方向。在减少噪音方面，有学者提及应用谐振转换技术控制噪音问题。

3.4智能数字化的研究方向

现在一切技术都朝着智能化的趋势发展，智能数字化有传统模拟电源无法比拟的优点，智能数字化电源是由计算机控制，电路设计更为简单，调试周期短，有着易于实现智能化和网络控制的优势。智能数字化也可以实现对高频开关电源的远程监测和控制，满足人们的操控需求，节约大量的人力、物力和财力。在传统的模拟电源中可能会发生信号失真或是受电磁干扰的问题，而智能数字化完全解决了这一不足。

3.5低输出电压技术的发展

众所周知，半导体在开关电源中有着极为重要的作用，并且半导体技术的发展程度，将直接对开关电源技术的发展起到积极的作用。现阶段，对于微型处理器以及便携电子设备而言，其工作电压的稳定程度对于设备的使用方面有着关键作用，所以要求今后半导体装置变换器可以用更低的电压来确保微型处理器以及电子设备可以得到高质量的工作，同时也为开关电源技术的发展再一次明确了方向。

3.6模块化

模块化一方面是指功率器件的模块化，另一方面是指电源单元的模块化。近年，有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中，组成了“智能化”功率模块（ＩＰＭ）；还有“用户专用”功率模块（ＡＳＰＭ），它几乎把一台整机的所有硬件都以芯片形式安装到一个模块中。模块化的设计使各元器件之间不再有传统的引线连接，有效降低了引线寄生电感和寄生电容由于频率的不断提高造成对各器件的影响，并经过严格、合理的热、电、机械方面优化设计，提高了系统的可靠性。

结语

高频开关电源技术应用的领域广泛。当前我国发展较快，国家比较注意对环境资源的保护，高频开关电源技术的出现与国家的提倡契合。新能源汽车、变频空调等都涉及到高频开关电源技术，市场需求较大，且国家政策支持，这对高频开关电源技术的发展来说十分有利。但是，快速发展的同时会出现各种各样的问题，高频开关电源技术研发需要在实践中不断前进。

参考文献

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