有報道稱我國開關(guān)電源近年來發(fā)展速度極快。本世紀第一個十年每年的銷售增長都達百分之十幾，每年銷售量超過2000萬臺(見“開關(guān)電源的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析”)。仔細閱讀，發(fā)現(xiàn)此數(shù)字包含了個人電腦和家用電器等百瓦級以下的小功率開關(guān)電源。本文僅就千瓦級以上電力電子范圍的開關(guān)電源進行討論。應(yīng)該肯定，大功率開關(guān)電源的發(fā)展速度應(yīng)以突飛猛進來描繪。

大功率電源的分類

大致上大功率電源可分為線性電源和開關(guān)電源兩類。

(1)線性電源主要包括工頻變壓器、大功率整流回路、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路等。它是先將交流電經(jīng)過變壓器變壓，再經(jīng)過整流電路整流濾波得到直流電壓，再經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓，就得到高精度的直流電壓。

(2)開關(guān)電源是通過電子技術(shù)實現(xiàn)的。先是把電網(wǎng)輸入交流整流成直流，通過逆變器高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關(guān)管，輸出鋸齒狀的高頻交流電壓并加到開關(guān)變壓器初級上，開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負載需要的直流電壓，同時還防止高頻噪聲對負載的干擾。輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制PWM占空比,以達到穩(wěn)定輸出的目的。

它的特點是，在功率相同時,開關(guān)頻率越高，開關(guān)變壓器的體積就越小，但對開關(guān)管的要求就越高。開關(guān)變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭，以得到需要的輸出。

其實現(xiàn)在已經(jīng)有了集成度非常高的專用芯片,可以使外圍電路非常簡單,甚至做到免調(diào)試。例如開關(guān)電源芯片(或稱模塊)，只要配合一些阻容元件和一個開關(guān)變壓器，就可以做成一個基本的開關(guān)電源。

(3)都是直流電按要求不同使用在不同場合。線性電源輸出的是線性直流電，技術(shù)很成熟，可以達到很高的穩(wěn)定度，質(zhì)量高、波紋也很小，而且沒有干擾與噪音，可以用在要求高的場合。它的缺點是龐大而笨重，功耗大，轉(zhuǎn)換效率低。這種電源不適合計算機等設(shè)備的需要，將逐步被開關(guān)電源所取代。上世記使用的就是這種傳統(tǒng)的線性電源。開關(guān)電源次之，工作時會產(chǎn)生很大的尖峰脈沖干擾，紋波大，需采取措施。優(yōu)點是重量小、容量大、效率高、體積小、熱損耗小。它的缺點是噪音大、有電磁干擾，但現(xiàn)在的屏蔽技術(shù)已經(jīng)非常到位。

開關(guān)電源的現(xiàn)狀

20世紀90年代，開關(guān)電源相繼進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源?？砷_關(guān)電源也存在著電路復(fù)雜、射頻干擾、電磁干擾大的缺點。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，上述缺點正在被逐步克服。整機電路分為主電路和控制電路。主電路包括輸入整流濾波、功率轉(zhuǎn)換和輸出整流濾波三個環(huán)節(jié)。

大容量電力電源產(chǎn)品的需求迅速提升，開關(guān)電源市場穩(wěn)步增長。因為國家對能源和環(huán)保問題日益重視，電力行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行；隨著電力電子技術(shù)的進步，開關(guān)電源在節(jié)能降耗環(huán)保問題上的作用日益顯著；高效、大容量機組漸成市場主力，有效拉動電源市場需求，所以中國電力電源市場的這種變化與我國宏觀政策導向和電力行業(yè)的影響密不可分。受國家宏觀政策的影響，我國電力行業(yè)結(jié)構(gòu)有所調(diào)整，小火電機組相繼叫停，大型、高效機組陸續(xù)投產(chǎn)。這種電力行業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變顯著拉動了大容量電源的市場需求，從而有效帶動開關(guān)電源市場穩(wěn)步增長。

市場集中度較低，廠商競爭相對激烈。中國電力電源廠商有近1000家，分布地域廣而分散，市場規(guī)模亦較為均衡，廠商市場占有率均在10%以下。開關(guān)電源市場集中度相對較低，廠商間競爭較為激烈成為開關(guān)電源市場的主要特征之一。隨著競爭的加劇，電力電源廠商在市場規(guī)模效應(yīng)和技術(shù)研發(fā)能力上充分重視起來，以提高品牌影響力和市場競爭力。

技術(shù)進步驅(qū)動產(chǎn)品創(chuàng)新。電力電源產(chǎn)品與電子技術(shù)的進步發(fā)展密切相關(guān)。近年來，隨著我國電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，開關(guān)電源產(chǎn)品也朝著高頻化、高功率密度、高功率因素、高效率、高可靠性和高智能化方向發(fā)展。這種由于技術(shù)進步帶動的產(chǎn)品創(chuàng)新同時受到市場的認可。“綠色”電源，模塊化電源的問世在節(jié)能、降耗、環(huán)保方面發(fā)揮了重要的作用，對于緩解我國的能源和環(huán)境問題大有裨益。

總之，開關(guān)電源是電力電子發(fā)展的必然產(chǎn)物，順應(yīng)了時代的發(fā)展，它的出現(xiàn)已經(jīng)帶來了技術(shù)的革新。現(xiàn)在無論是國內(nèi)還是國外都在發(fā)展開關(guān)電源，所以其前景是美好的，開關(guān)電源在一定程度上取代傳統(tǒng)電源已經(jīng)是必然的趨勢了。

開關(guān)電源的發(fā)展趨勢

在電力電子各種電源系統(tǒng)中,開關(guān)電源技術(shù)處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統(tǒng)的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關(guān)電源技術(shù),其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節(jié)省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關(guān)電源技術(shù),通過開關(guān)電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅(qū)動控制。高頻開關(guān)電源技術(shù),更是各種大功率開關(guān)電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術(shù)。

開關(guān)電源的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢

(1)高頻化理論分析和實踐經(jīng)驗表明,電氣產(chǎn)品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設(shè)備的體積重量大體下降至1/20。

(2)模塊化模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。

(3)數(shù)字化現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要,數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟,顯示出越來越多的優(yōu)點，所以對于智能化的開關(guān)電源,需要用計算機控制時,數(shù)字化技術(shù)就離不開了。

(4)綠色化電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義：首先是顯著節(jié)電,節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染。其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染。開關(guān)電源需要綠色化。