开关电源的工作原理及技术趋势

谢炯毅

霍尼韦尔腾高电子系统（广州）有限公司广东广州510530

摘要：本文将以阐述开关电源的工作原理为切入点，对开关电源的关键技术加以解析，最后则探究了开关电源的发展趋势，以供参考。

关键词：开关电源；发展；技术

引言

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[1]。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]。

2.2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[3]。

2.3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

3.1.1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。

3.1.2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。

3.2数字化技术的发展

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[4]。

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。

3.4模块化技术的发展

这里的模块化技术，可以分为两个方面去解读，一方面是功率器件，另一个方面是电源单元。通过模块化技术，可以极大的减少开关电源的体积，但为了在不损失电源系统的可靠性的情况下，需要整合所有的硬件，以芯片的形式模块化安装到一个单元中去。

3.5高效率绿色电源的发展

随着技术的飞速发展，开关电源的应用和开发已经进入电子电气领域。从计算机技术的应用角度看，绿色功率和绿色计算机的要求很高。例如，绿色能源的使用不仅效率高，能源效率也很好。由于绿色电源的实际应用效果，可减少功率操作的消耗和改进功率操作效率，且台式计算机和支撑装置处于睡眠状态，且功率消耗不超过30w。市场上出现了一种新的绿色电力管理方法，可以有效降低个人电脑和笔记本电脑的功耗。例如，NXP引入了绿色芯片PFC芯片、绿色芯片同步整流控制器等一系列LFEPAK封装。利用30v功率MOSFET元件的端口石绿色芯片，提高了功率芯片的智能水平，实现了端子产品的节能。通过集成在芯片上的高电压SOI过程和绿色芯片解，电源PFC可以实现最大效率。二级PFC的使用输出正确的电压，以便改进电压效率。此外，使用低/零电压开关实现最低开关损耗。绿色芯片同步整流器取代传统二极管整流器电路以改善芯片设计水平，更加方便电源同步整流器，具有与某些功率控制芯片兼容的性能且更加稳定。从产品使用效果来看，节能性强。

结束语

由此可见，对于开关电源技术而言，随着现代科学技术的快速发展，为开关电源技术的不断优化以及完善奠定了坚实的基础，同时也使得各类开关电源技术得到了发展以及涌现的机遇。因此，为了进一步促进开关电源技术的发展，相关科研人员还应加大开关电源技术的研发力度，对促进我国开关电源技术应用水平的提升有着重要意义。

参考文献

[1]徐敬勃,谭学谦,姜宁翔,吴珍.开关电源拓扑在飞轮控制系统中的应用综述[J].飞控与探测,2018,1(02):63-69.

[2]陈向明.浅谈开关电源技术的发展[J].通讯世界,2018(09):183-184.

[3]朱玉成.通信电源中的开关电源[J].电子技术与软件工程,2018(17):44.

[4]孙艳军,李勇伟,李璞玉,郑庆华.通信机房开关电源容量替换割接方案分享[J].中国新通信,2018,20(17):9-10.