开关电源的工作原理及技术趋势

时间：2024-05-04

文/谢启少

随着现代科学技术的快速发展，为开关电源技术的发展奠定了坚实的基础。同时，开关电源技术的快速发展，也使得各类开关元件在不同领域获得了广泛的应用。目前，对于开关电源技术而言，高频化、数字化已经成为开关技术发展的主要趋势。因此，为了进一步促进开关电源技术的发展，还需要有关科研人员加大对开关电源的发展及其技术加大研究力度，对提升我国开关电源技术的应用水平有着至关重要的意义。

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。

2 开关电源关键技术

2.1 智能技术

对于开关电源的通讯系统而言，不管是国内还是国外，均采用集中监控分散供电的方式来保证通讯系统可以稳定工作。通过实施集中监控分散供电的方式，不仅可以进一步降低电缆供电的损耗，同时也可有效的避免故障事故的发生，存在极高的使用可靠性。然而，集中监控分散供电方式同样也存在一些缺点，例如，存在较大的日常维护难度。因此，为了降低系统的日常维护难度，相关人员研究出了智能化技术来进行智能看护，除了可以将集中监控分散式供电的优势发挥出来外，还可为其予以更有效的日常维护，确保集中监控分散供电可以高质量的实施。智能化技术的出现，除了可以为开关电源带来显著的经济效益外，其同样也成为了今后开关电源的关键发展方向。

2.2 功率因数校正技术

开关电源输入端的功率可通过功率因数校正技术予以一定程度的提升，并且也可显著降低开关电源的能耗，同时也有助于降低电网遭受污染的概率。另外，随着开关电源技术的快速发展，使得其广泛应用在各个领域，但是随着越来越多的开关电源投入使用，其也会对电网环境造成一定程度的污染。因此，通过使用功率因数校正技术，电网污染程度可以得到进一步的降低，对促进开关电源技术的发展也可起到积极的作用。

2.3 高频开关技术

对于高频开关技术来说，其可在一定程度上提高电源开关的频率，以此来起到降低开关电源体积以及重量的作用。高频开关技术的应用原理是当开关电源的频率增加后，变压器和滤波电容器的容量便会持续减小，从而使得开关电源的重量和体积也因此随之减小。但是，高频开关技术同样也存在显著的缺点，比如，频率的提高也会增加开关以及开关内元器件的损耗，同时也会引发电磁干扰问题的出现。因此，高频开关技术存在一定的两面性。

2.4 软开关技术

软开关技术存在多种类型，即：软开关技术与零电压，零电流转换技术。随着软开关技术的出现，其可有效的解决高频开关技术中存在较高频率而导致电网环境受到污染的问题。因此，对于开关电源技术而言，软开关技术已经成为开关电源技术今后发展的重要一环。

3 开关电源技术的发展趋势

现阶段，为了适应我国社会的快速发展，开关电源技术的发展也应与时代的发展相适应，下面将对开关电源技术的发展趋势予以详尽阐述。

3.1 高频化技术的发展

目前，社会的快速发展无疑也对开关电源技术的发展提出了新的要求。现阶段，开关变换器的开关频率已经比以往有着较大程度的提高。与此同时，随着频率的日益提高，开关变换器的体积也处于不断减少的态势之中，所以也为开关电源技术的不断完善提供了机遇。然而，高频化开关电源技术的出现，无疑也会加速开关内部元器件的损耗程度，并且也会引发一系列问题的出现。

3.2 数字化技术的发展

图1：开关电源原理方框图

对于传统开关电源而言，模拟信号对控制部分的工作起到引导作用。现阶段，数字化控制已经是绝大部分设备所采用的控制方式，而开关电源同样也是数字化技术今后应用的主要领域。现阶段，数字化电源技术的研究已经成为科研人员公关的主要方向，并且也收获到了很多的科研成果，这无疑对推动开关电源数字化技术的发展起到了关键的推动作用。

3.3 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。