1引言

現(xiàn)代電子工業(yè)的發(fā)展促進了電源業(yè)的發(fā)展，任何電子設(shè)備都離不開各種精度的電源。電源轉(zhuǎn)換器能將各種電壓轉(zhuǎn)換為用戶需要的電壓，比如：電力變壓器能將輸送的千伏高壓交流電轉(zhuǎn)換為正常使用的市電；各種充電機、以及工業(yè)和通信用供電模塊，能將交流或直流電壓轉(zhuǎn)換為用戶要求直流或交流電壓，這種設(shè)備都是提供電能轉(zhuǎn)換的電源轉(zhuǎn)換器。相比較信號級的轉(zhuǎn)換器電能轉(zhuǎn)換器的功率要大得多，從幾瓦到幾十千瓦，他們的工作伴隨巨大的能量轉(zhuǎn)換。在電源設(shè)備生產(chǎn)過程中，對電源設(shè)備進行例行測試老化是檢驗設(shè)備的必要環(huán)節(jié)，可以提高電源設(shè)備的可靠性，降低工廠的返工和擔保成本。但由于設(shè)備老化同時也增加了生產(chǎn)的電力消耗成本。通常情況下，設(shè)備的例行老化是讓設(shè)備接上模擬負載進行模擬工作，當然能量就消耗在模擬負載上，這種消耗通常沒有得到最佳的利用。本文根據(jù)電源轉(zhuǎn)換器是將電能轉(zhuǎn)換為不同等級電能的特點，提出通過能量反饋實現(xiàn)大部分能量的循環(huán)利用，從而實現(xiàn)節(jié)能" title="節(jié)能">節(jié)能的目的。如何節(jié)能，減少能源消耗是人們一直追求的目標，在建設(shè)節(jié)約型社會的今天，節(jié)能降耗的意義更顯重要。

2工作原理

電源轉(zhuǎn)換器能將電能加工為需要的電能，它的例行老化使用只要在電源轉(zhuǎn)換器的輸出端連接合適的電阻負載或等效阻抗的用電設(shè)備讓其保證一定的負荷工作即可。如圖1所示：輸入電壓Vin被電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為Vout加在電阻負載上，在例行工作時，電源轉(zhuǎn)換器消耗功率（未計算轉(zhuǎn)換過程損耗）為 Po="Vout2" /R1 。
 

圖1 轉(zhuǎn)換器工作示意圖

這種情況下，電能消耗沒有得到任何利用，就直接轉(zhuǎn)化為熱能從電阻負載上散發(fā)出去，是對電能的一種嚴重浪費。

要實現(xiàn)節(jié)能循環(huán)利用，主要考慮將消耗在電阻負載上的能量更加合理的利用。如果能將輸出電壓Vout再還原為輸入電壓Vin，則輸出電能轉(zhuǎn)換為輸入的電能，便可以實現(xiàn)電能的循環(huán)利用，如圖2所示：將原有轉(zhuǎn)換器的電阻負載R1用等效輸入阻抗的轉(zhuǎn)換器2取代，轉(zhuǎn)換器2的輸出接轉(zhuǎn)換器1的輸入。則與R1等效輸入阻抗的轉(zhuǎn)換器2從轉(zhuǎn)換器1輸出端消耗的能量被轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換器1的輸入端，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器1又到轉(zhuǎn)換器2的輸入端，實現(xiàn)了能量的循環(huán)利用。如果在理想情況下，沒有轉(zhuǎn)換損耗，則系統(tǒng)可以自循環(huán)工作。當然這是無法實現(xiàn)的，所以在能量分析時，要引入轉(zhuǎn)換過程的消耗。
 

圖2轉(zhuǎn)換器能量循環(huán)" title="能量循環(huán)">能量循環(huán)示意圖

　
對以上兩種工作模式下的能量消耗做如下分析：

第一種工作模式是在沒有能量循環(huán)的情況下，Pi為轉(zhuǎn)換器的輸入能量，Pw為電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過程中的消耗能量，Po為轉(zhuǎn)換器消耗在電阻負載上的輸出能量。假定轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率為80%時，于是可設(shè)轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過程消耗的能量為Pw=25% Po，則整體總能量消耗也就是轉(zhuǎn)換器的輸入能量Pi=Po+Pw=1.25Po。

Pwf

第二種工作模式是引入能量反饋的情況下，能量轉(zhuǎn)換如圖3所示：轉(zhuǎn)換器1為需要例行使用的電源轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器2為用于能量反饋的轉(zhuǎn)換器，Pi為系統(tǒng)外給轉(zhuǎn)換器1的輸入能量，Pw為轉(zhuǎn)換器1轉(zhuǎn)換過程中的消耗能量，Po為例行使用電源轉(zhuǎn)換器1正常應(yīng)輸出的能量，同時也是轉(zhuǎn)換器2的輸入能量；Pwf為用于能量反饋的轉(zhuǎn)換器2轉(zhuǎn)換過程中的消耗能量，Pf為轉(zhuǎn)換器2反饋給電源轉(zhuǎn)換器1的能量。

圖3 有反饋模式的能量轉(zhuǎn)換圖

　
假設(shè)電源轉(zhuǎn)換器1和轉(zhuǎn)換器2的轉(zhuǎn)換效率都為80%，則轉(zhuǎn)換器1轉(zhuǎn)換過程消耗能量同模式1為：Pw=25%Po，由轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率得轉(zhuǎn)換器2轉(zhuǎn)換過程的消耗能量：Pwf=20%Po,根據(jù)能量守衡定律，則整體總消耗能量：Pi=Pw+Pwf=25%Po+20%Po=45%Po。

從以上兩種模式情況下，能量消耗分析可以得出結(jié)論，采用具有能量反饋的工作模式進行例行老化使用時，所消耗的能量只要工作能量的0.45，相比較沒有能量反饋的例行老化使用，總消耗能量為工作能量的1.25倍.因此具有能量反饋的例行老化使用模式節(jié)約能源。

3系統(tǒng)實現(xiàn)

從以上兩種工作模式分析所得，可以利用能量反饋形成能量循環(huán)系統(tǒng)，減少能量消耗，系統(tǒng)工作可由圖4示意，包括三個部分：

圖4 能量反饋系統(tǒng)實現(xiàn)示意圖

a) 電源部分，為系統(tǒng)提供外在激勵源；

b) 轉(zhuǎn)換器部分為需要例行老化的電源設(shè)備，將輸入電源電壓轉(zhuǎn)換為需要輸出電壓；

c) 能量反饋部分可將轉(zhuǎn)換器的輸出電壓轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換器的輸入電壓。