基于能量循环的电源节能方案

　　现代电子工业的发展促进了电源业的发展，任何电子设备都离不开各种精度的电源。电源转换器能将各种电压转换为用户需要的电压，比如：电力变压器能将输送的千伏高压交流电转换为正常使用的市电;各种充电机、以及工业和通信用供电模块，能将交流或直流电压转换为用户要求直流或交流电压，这种设备都是提供电能转换的电源转换器。相比较信号级的转换器电能转换器的功率要大得多，从几瓦到几十千瓦，他们的工作伴随巨大的能量转换。

　　在电源设备生产过程中，对电源设备进行例行测试老化是检验设备的必要环节，可以提高电源设备的可靠性，降低工厂的返工和担保成本。但由于设备老化同时也增加了生产的电力消耗成本。通常情况下，设备的例行老化是让设备接上模拟负载进行模拟工作，当然能量就消耗在模拟负载上，这种消耗通常没有得到最佳的利用。本文根据电源转换器是将电能转换为不同等级电能的特点，提出通过能量反馈实现大部分能量的循环利用，从而实现节能的目的。如何节能，减少能源消耗是人们一直追求的目标，在建设节约型社会的今天，节能降耗的意义更显重要。

　　工作原理

　　电源转换器能将电能加工为需要的电能，它的例行老化使用只要在电源转换器的输出端连接合适的电阻负载或等效阻抗的用电设备让其保证一定的负荷工作即可。如图1所示：输入电压Vin被电源转换器转换为Vout加在电阻负载上，在例行工作时，电源转换器消耗功率(未计算转换过程损耗)为Po="Vout2"/R1。

图1转换器工作示意图

　　这种情况下，电能消耗没有得到任何利用，就直接转化为热能从电阻负载上散发出去，是对电能的一种严重浪费。

　　要实现节能循环利用，主要考虑将消耗在电阻负载上的能量更加合理的利用。如果能将输出电压Vout再还原为输入电压Vin，则输出电能转换为输入的电能，便可以实现电能的循环利用，如图2所示：将原有转换器的电阻负载R1用等效输入阻抗的转换器2取代，转换器2的输出接转换器1的输入。则与R1等效输入阻抗的转换器2从转换器1输出端消耗的能量被转换到转换器1的输入端，再经转换器1又到转换器2的输入端，实现了能量的循环利用。如果在理想情况下，没有转换损耗，则系统可以自循环工作。当然这是无法实现的，所以在能量分析时，要引入转换过程的消耗。

　　对以上两种工作模式下的能量消耗做如下分析：

　　第一种工作模式是在没有能量循环的情况下，Pi为转换器的输入能量，Pw为电源转换器转换过程中的消耗能量，Po为转换器消耗在电阻负载上的输出能量。假定转换器的转换效率为80%时，于是可设转换器在转换过程消耗的能量为Pw=25%Po，则整体总能量消耗也就是转换器的输入能量Pi=Po+Pw=1.25Po。