1 引言

在我國(guó)高頻開關(guān)電源模塊作為一種主要的直流電源，被廣泛地使用在電力、通訊、鐵路、化工等行業(yè)，為了節(jié)約成本，提高開關(guān)電源模塊的效率就成了一種普遍而迫切的需求。各模塊生產(chǎn)廠家也投入大量資金用于研發(fā)新的電源模塊，極力提高模塊轉(zhuǎn)化效率和降低電源模塊的自身?yè)p耗。而出于安全性和可靠性的考慮，模塊的用戶通常采用電源模塊冗余配置，并且預(yù)留蓄電池的容量在正常工作狀態(tài)下并不使用。這就使開關(guān)電源模塊長(zhǎng)期處于低負(fù)載率工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)換效率很低，造成資源的浪費(fèi)。

2 節(jié)能技術(shù)研發(fā)背景

2.1 電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，它一刻不停地向社會(huì)提供清潔、高效的能源。隨著科技的發(fā)展和生產(chǎn)力的不斷提高，電力以及和電力相關(guān)的運(yùn)營(yíng)成本所占的比重正大幅增長(zhǎng)。為了提高效率、減少損失、降低運(yùn)營(yíng)成本，供電企業(yè)和用戶對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的要求也越來(lái)越高。在國(guó)際能源與氣候議題持續(xù)進(jìn)行下，各國(guó)大力推動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)，期望能透過(guò)實(shí)時(shí)控制及需求端管理，來(lái)促進(jìn)電力資源最佳化配置與運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能減排目標(biāo)。節(jié)能降耗已成為我們的工作重點(diǎn)及專門研究課題。

2.2 在電力行業(yè)，無(wú)論在發(fā)電廠還是變電站等所有的直流電源系統(tǒng)中，通常高頻開關(guān)電源設(shè)備在采購(gòu)過(guò)程中，都會(huì)考慮系統(tǒng)整流模塊N+1備份及后期擴(kuò)容等需求，往往開關(guān)電源的容量選型大于當(dāng)前運(yùn)行設(shè)備實(shí)際負(fù)載，沒(méi)有對(duì)冗余開關(guān)電源模塊進(jìn)行識(shí)別、休眠軟關(guān)斷和智能控制功能，結(jié)果導(dǎo)致電源實(shí)際工作負(fù)載率較低，造成能耗的浪費(fèi)。

3 高頻開關(guān)電源模塊的節(jié)能分析

高頻開關(guān)電源模塊轉(zhuǎn)換損耗主要包括輸出功耗、帶載損耗和空載損耗。輸出功耗是根據(jù)負(fù)載電流大小決定的，無(wú)法降低能耗。帶載損耗主要決定因素是模塊的轉(zhuǎn)換效率，轉(zhuǎn)換效率越高則帶載損耗越少?？蛰d損耗則是模塊內(nèi)部各器件的正常工作損耗。

高頻開關(guān)電源模塊的效率特性，是在一定區(qū)間內(nèi)效率隨負(fù)載電流的增加而增加，系統(tǒng)的最佳效率區(qū)間一般是負(fù)載率在40%—80%之間。所以，我們可以通過(guò)調(diào)整負(fù)載率來(lái)提高模塊效率，從而降低帶載損耗?？蛰d損耗則可以通過(guò)采集實(shí)際負(fù)載大小，計(jì)算需要的模塊數(shù)，關(guān)閉適當(dāng)?shù)哪K來(lái)降低。根據(jù)以上所述，模塊休眠技術(shù)可以在不增加成本的情況下有效地提高轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

4 高頻開關(guān)電源模塊的休眠技術(shù)

模塊休眠技術(shù)是一種基于軟件實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)采集實(shí)際負(fù)載大小，計(jì)算負(fù)載率和實(shí)際需要開啟模塊數(shù)量，由監(jiān)控下發(fā)指令，控制模塊定時(shí)開啟和關(guān)閉，把負(fù)載率調(diào)整到40%—80%之間，從而實(shí)現(xiàn)提高模塊轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)。由于模塊總是處于一段時(shí)間工作和一段時(shí)間休息的狀態(tài)，也可以延長(zhǎng)模塊的使用壽命。而且由于各模塊的工作和休息時(shí)間平均，這樣可以實(shí)現(xiàn)模塊的同步老化，從而延長(zhǎng)整個(gè)直流電源系統(tǒng)的使用壽命。