上世紀60年代们敢，開關(guān)電源的問世，使其逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和SCR相控電源。40多年來啰挪，開關(guān)電源技術(shù)有了飛迅發(fā)展和變化，經(jīng)歷了功率半導(dǎo)體器件嘲叔、高頻化和軟開關(guān)技術(shù)亡呵、開關(guān)電源系統(tǒng)的集成技術(shù)三個發(fā)展階段。

功率半導(dǎo)體器件從雙極型器件（BPT硫戈、SCR锰什、GTO）發(fā)展為MOS型器件（功率MOSFET、IGBT丁逝、IGCT等）汁胆，使電力電子系統(tǒng)有可能實現(xiàn)高頻化，并大幅度降低導(dǎo)通損耗霜幼，電路也更為簡單撰类。

自上世紀80年代開始驱请，高頻化和軟開關(guān)技術(shù)的開發(fā)研究，使功率變換器性能更好拼建、重量更輕墓永、尺寸更小。高頻化和軟開關(guān)技術(shù)是過去20年國際電力電子界研究的熱點之一份肠。

上世紀90年代中期枣肚，集成電力電子系統(tǒng)和集成電力電子模塊（IPEM）技術(shù)開始發(fā)展，它是當今國際電力電子界亟待解決的新問題之一僧少。

關(guān)注點一：功率半導(dǎo)體器件性能

1998年丐鸽，Infineon公司推出冷mos管，它采用“超級結(jié)”（Super-Junction）結(jié)構(gòu)供撵，故又稱超結(jié)功率MOSFET郊男。工作電壓600V～800V，通態(tài)電阻幾乎降低了一個數(shù)量級蔗括，仍保持開關(guān)速度快的特點孵堪，是一種有發(fā)展前途的高頻功率半導(dǎo)體器件。

IGBT剛出現(xiàn)時虽风，電壓棒口、電流額定值只有600V、25A辜膝。很長一段時間內(nèi)无牵，耐壓水平限于1200V～1700V，經(jīng)過長時間的探索研究和改進厂抖，現(xiàn)在IGBT的電壓茎毁、電流額定值已分別達到3300V/1200A和4500V/1800A，高壓IGBT單片耐壓已達到6500V忱辅，一般IGBT的工作頻率上限為20kHz～40kHz七蜘，基于穿通（PT）型結(jié)構(gòu)應(yīng)用新技術(shù)制造的IGBT，可工作于150kHz（硬開關(guān)）和300kHz（軟開關(guān)）墙懂。

IGBT的技術(shù)進展實際上是通態(tài)壓降橡卤，快速開關(guān)和高耐壓能力三者的折中。隨著工藝和結(jié)構(gòu)形式的不同损搬，IGBT在20年歷史發(fā)展進程中蒜魄，有以下幾種類型：穿通（PT）型、非穿通（NPT）型愚贩、軟穿通（SPT）型、溝漕型和電場截止（FS）型摹跑。

碳化硅SiC是功率半導(dǎo)體器件晶片的理想材料米搭，其優(yōu)點是：禁帶寬趴鹰、工作溫度高（可達600℃）、熱穩(wěn)定性好避纤、通態(tài)電阻小纠沉、導(dǎo)熱性能好、漏電流極小蜂棒、PN結(jié)耐壓高等岔雾，有利于制造出耐高溫的高頻大功率半導(dǎo)體器件。

可以預(yù)見董株，碳化硅將是21世紀最可能成功應(yīng)用的新型功率半導(dǎo)體器件材料黑乞。

關(guān)注點二：開關(guān)電源功率密度

提高開關(guān)電源的功率密度，使之小型化膛姊、輕量化拟祖，是人們不斷努力追求的目標。電源的高頻化是國際電力電子界研究的熱點之一擦酌。電源的小型化俱诸、減輕重量對便攜式電子設(shè)備（如移動電話，數(shù)字相機等）尤為重要赊舶。使開關(guān)電源小型化的具體辦法有：

一是高頻化睁搭。為了實現(xiàn)電源高功率密度，必須提高PWM變換器的工作頻率笼平、從而減小電路中儲能元件的體積重量园骆。

二是應(yīng)用壓電變壓器。應(yīng)用壓電變壓器可使高頻功率變換器實現(xiàn)輕出吹、小遇伞、薄和高功率密度。壓電變壓器利用壓電陶瓷材料特有的“電壓-振動”變換和“振動-電壓”變換的性質(zhì)傳送能量捶牢，其等效電路如同一個串并聯(lián)諧振電路鸠珠，是功率變換領(lǐng)域的研究熱點之一。

三是采用新型電容器秋麸。為了減小電力電子設(shè)備的體積和重量渐排，必須設(shè)法改進電容器的性能，提高能量密度筒臂，并研究開發(fā)適合于電力電子及電源系統(tǒng)用的新型電容器烤酌，要求電容量大、等效串聯(lián)電阻ESR小脚自、體積小等惫康。

關(guān)注點三：高頻磁與同步整流技術(shù)

電源系統(tǒng)中應(yīng)用大量磁元件，高頻磁元件的材料、結(jié)構(gòu)和性能都不同于工頻磁元件赢瘦，有許多問題需要研究九窿。對高頻磁元件所用磁性材料有如下要求：損耗小，散熱性能好汇泰，磁性能優(yōu)越坦膘。適用于兆赫級頻率的磁性材料為人們所關(guān)注，納米結(jié)晶軟磁材料也已開發(fā)應(yīng)用柄立。

高頻化以后承跟，為了提高開關(guān)電源的效率，必須開發(fā)和應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)绊寻。它是過去幾十年國際電源界的一個研究熱點花墩。

對于低電壓、大電流輸出的軟開關(guān)變換器榛斯，進一步提高其效率的措施是設(shè)法降低開關(guān)的通態(tài)損耗观游。例如同步整流SR技術(shù)，即以功率MOS管反接作為整流用開關(guān)二極管驮俗，代替蕭特基二極管（SBD）懂缕，可降低管壓降，從而提高電路效率王凑。

關(guān)注點四：分布電源結(jié)構(gòu)

分布電源系統(tǒng)適合于用作超高速集成電路組成的大型工作站（如圖像處理站）搪柑、大型數(shù)字電子交換系統(tǒng)等的電源，其優(yōu)點是：可實現(xiàn)DC/DC變換器組件模塊化索烹；容易實現(xiàn)N+1功率冗余工碾，提高系統(tǒng)可*性；易于擴增負載容量百姓；可降低48V母線上的電流和電壓降渊额；容易做到熱分布均勻、便于散熱設(shè)計垒拢；瞬態(tài)響應(yīng)好驶滚；可在線更換失效模塊等。

現(xiàn)在分布電源系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)類型北拔，一是兩級結(jié)構(gòu)换秧，另一種是三級結(jié)構(gòu)。

關(guān)注點五：PFC變換器

由于AC/DC變換電路的輸入端有整流元件和濾波電容以搏，在正弦電壓輸入時辫航，單相整流電源供電的電子設(shè)備，電網(wǎng)側(cè)（交流輸入端）功率因數(shù)僅為0.6～0.65钉拯。采用PFC（功率因數(shù)校正）變換器漓惕，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可提高到0.95～0.99榕诬，輸入電流THD小于10%。既治理了電網(wǎng)的諧波污染每贮，又提高了電源的整體效率努禽。這一技術(shù)稱為有源功率因數(shù)校正APFC單相APFC國內(nèi)外開發(fā)較早，技術(shù)已較成熟门俏；三相APFC的拓撲類型和控制策略雖然已經(jīng)有很多種，但還有待繼續(xù)研究發(fā)展摩疑。

一般高功率因數(shù)AC/DC開關(guān)電源危融，由兩級拓撲組成，對于小功率AC/DC開關(guān)電源來說雷袋，采用兩級拓撲結(jié)構(gòu)總體效率低吉殃、成本高。

如果對輸入端功率因數(shù)要求不特別高時楷怒，將PFC變換器和后級DC/DC變換器組合成一個拓撲蛋勺，構(gòu)成單級高功率因數(shù)AC/DC開關(guān)電源，只用一個主開關(guān)管鸠删，可使功率因數(shù)校正到0.8以上抱完，并使輸出直流電壓可調(diào)，這種拓撲結(jié)構(gòu)稱為單管單級即S4PFC變換器刃泡。

關(guān)注點六：電壓調(diào)節(jié)器模塊VRM

電壓調(diào)節(jié)器模塊是一類低電壓巧娱、大電流輸出DC-DC變換器模塊，向微處理器提供電源烘贴。

現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的速度和效率日益提高禁添，為降低微處理器IC的電場強度和功耗，必須降低邏輯電壓庸伏，新一代微處理器的邏輯電壓已降低至1V与笛，而電流則高達50A～100A，所以對VRM的要求是：輸出電壓很低技乡、輸出電流大得惩、電流變化率高、快速響應(yīng)等聚灸。

關(guān)注點七：全數(shù)字化控制

電源的控制已經(jīng)由模擬控制娇皇，模數(shù)混合控制，進入到全數(shù)字控制階段朱鹤。全數(shù)字控制是一個新的發(fā)展趨勢呛仁，已經(jīng)在許多功率變換設(shè)備中得到應(yīng)用。

但是過去數(shù)字控制在DC/DC變換器中用得較少延杯。近兩年來捅没，電源的高性能全數(shù)字控制芯片已經(jīng)開發(fā)，費用也已降到比較合理的水平，歐美已有多家公司開發(fā)并制造出開關(guān)變換器的數(shù)字控制芯片及軟件舀黄。

全數(shù)字控制的優(yōu)點是：數(shù)字信號與混合模數(shù)信號相比可以標定更小的量忱当，芯片價格也更低廉；對電流檢測誤差可以進行精確的數(shù)字校正治专，電壓檢測也更精確卖陵；可以實現(xiàn)快速，靈活的控制設(shè)計张峰。

關(guān)注點八：電磁兼容性

高頻開關(guān)電源的電磁兼容EMC問題有其特殊性泪蔫。功率半導(dǎo)體開關(guān)管在開關(guān)過程中產(chǎn)生的di/dt和dv/dt，引起強大的傳導(dǎo)電磁干擾和諧波干擾喘批。有些情況還會引起強電磁場（通常是近場）輻射撩荣。不但嚴重污染周圍電磁環(huán)境，對附近的電氣設(shè)備造成電磁干擾饶深，還可能危及附近操作人員的安全餐曹。同時，電力電子電路（如開關(guān)變換器）內(nèi)部的控制電路也必須能承受開關(guān)動作產(chǎn)生的EMI及應(yīng)用現(xiàn)場電磁噪聲的干擾敌厘。上述特殊性台猴，再加上EMI測量上的具體困難，在電力電子的電磁兼容領(lǐng)域里额湘，存在著許多交*科學的前沿課題有待人們研究卿吐。國內(nèi)外許多大學均開展了電力電子電路的電磁干擾和電磁兼容性問題的研究，并取得了不少可喜成果忘哼。近幾年研究成果表明疏悯，開關(guān)變換器中的電磁噪音源，主要來自主開關(guān)器件的開關(guān)作用所產(chǎn)生的電壓锨穷、電流變化歉冷。變化速度越快，電磁噪音越大岗憨。

關(guān)注點九：設(shè)計和測試技術(shù)

建模乳后、仿真和CAD是一種新的設(shè)計工具。為仿真電源系統(tǒng)帝膊，首先要建立仿真模型确奄，包括電力電子器件、變換器電路僻跳、數(shù)字和模擬控制電路以及磁元件和磁場分布模型等闪铸，還要考慮開關(guān)管的熱模型、可*性模型和EMC模型茶月。各種模型差別很大需五，建模的發(fā)展方向是：數(shù)字-模擬混合建模鹉动、混合層次建模以及將各種模型組成一個統(tǒng)一的多層次模型等。

電源系統(tǒng)的CAD宏邮，包括主電路和控制電路設(shè)計泽示、器件選擇、參數(shù)最優(yōu)化蜜氨、磁設(shè)計械筛、熱設(shè)計、EMI設(shè)計和印制電路板設(shè)計飒炎、可*性預(yù)估变姨、計算機輔助綜合和優(yōu)化設(shè)計等。用基于仿真的專家系統(tǒng)進行電源系統(tǒng)的CAD厌丑，可使所設(shè)計的系統(tǒng)性能最優(yōu)，減少設(shè)計制造費用渔呵，并能做可制造性分析怒竿，是21世紀仿真和CAD技術(shù)的發(fā)展方向之一。此外扩氢，電源系統(tǒng)的熱測試耕驰、EMI測試、可*性測試等技術(shù)的開發(fā)椎裕、研究與應(yīng)用也是應(yīng)大力發(fā)展的言丧。

關(guān)注點十：系統(tǒng)集成技術(shù)

電源設(shè)備的制造特點是：非標準件多、勞動強度大皿进、設(shè)計周期長辕寺、成本高、可*性低等臊瞬，而用戶要求制造廠生產(chǎn)的電源產(chǎn)品更加實用误扯、可*性更高、更輕小银景、成本更低骇瓦。這些情況使電源制造廠家承受巨大壓力，迫切需要開展集成電源模塊的研究開發(fā)诽粪，使電源產(chǎn)品的標準化庶咨、模塊化、可制造性君铁、規(guī)模生產(chǎn)检碗、降低成本等目標得以實現(xiàn)。

實際上球订，在電源集成技術(shù)的發(fā)展進程中后裸，已經(jīng)經(jīng)歷了電力半導(dǎo)體器件模塊化瑰钮，功率與控制電路的集成化，集成無源元件（包括磁集成技術(shù)）等發(fā)展階段微驶。近年來的發(fā)展方向是將小功率電源系統(tǒng)集成在一個芯片上浪谴，可以使電源產(chǎn)品更為緊湊，體積更小因苹，也減小了引線長度苟耻，從而減小了寄生參數(shù)。在此基礎(chǔ)上扶檐，可以實現(xiàn)一體化凶杖，所有元器件連同控制保護集成在一個模塊中。

上世紀90年代款筑，隨著大規(guī)模分布電源系統(tǒng)的發(fā)展智蝠，一體化的設(shè)計觀念被推廣到更大容量、更高電壓的電源系統(tǒng)集成浩出，提高了集成度铭梯，出現(xiàn)了集成電力電子模塊（IPEM）。IPEM將功率器件與電路扶蜻、控制以及檢測巷同、執(zhí)行等元件集成封裝，得到標準的搔绿，可制造的模塊豁箱，既可用于標準設(shè)計，也可用于專用法顺、特殊設(shè)計归闺。優(yōu)點是可快速高效為用戶提供產(chǎn)品，顯著降低成本快挡，提高可*性版幕。

總之，電源系統(tǒng)集成是當今國際電力電子界亟待解決的新問題之一四乱。

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