上世紀60年代，開關電源的問世
，使其逐步取代了線性穩壓電源和SCR相控電源。40多年來
，開關電源技術有了飛迅發展和變化
，經曆了功率半導體器件、高頻化和軟開關技術、開關電源係統的集成技術三個發展階段。

　　功率半導體器件從雙極型器件(BPT
、SCR、GTO)發展為MOS型器件(功率MOSFET、

　　IGBT、IGCT等)，使電力電子係統有可能實現高頻化，並大幅度降低導通損耗，電路也更為簡單。

　　自上世紀80年代開始，高頻化和軟開關技術的開發研究，使功率變換器性能更好、重量更輕
、尺寸更小。高頻化和軟開關技術是過去20年國際電力電子界研究的熱點之一。

　　上世紀90年代中期，集成電力電子係統和集成電力電子模塊(IPEM)技術開始發展
，它是當今國際電力電子界亟待解決的新問題之一。

　　關注點一：功率半導體器件性能

　　1998年，INFINEON公司推出冷MOS管
，它采用“超級結”(Super-Junction)結構，故又稱超結功率MOSFET。工作電壓600V～800V
，通態電阻幾乎降低了一個數量級，仍保持開關速度快的特點，是一種有發展前途的高頻功率半導體器件。

　　IGBT剛出現時，電壓、電流額定值隻有600V、25A。很長一段時間內，耐壓水平限於1200V～1700V，經過長時間的探索研究和改進
，現在IGBT的電壓、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，一般IGBT的工作頻率上限為20kHz～40kHz，基於穿通(PT)型結構應用新技術製造的IGBT，可工作於150kHz(硬開關)和300kHz(軟開關)。

　　IGBT的技術進展實際上是通態壓降
，快速開關和高耐壓能力三者的折中。隨著工藝和結構形式的不同，IGBT在20年曆史發展進程中，有以下幾種類型：穿通(PT)型
、非穿通(NPT)型、軟穿通(SPT)型、溝漕型和電場截止(FS)型。

　　碳化矽SiC是功率半導體器件晶片的理想材料，其優點是：禁帶寬、工作溫度高(可達600℃)

、熱穩定性好、通態電阻小、導熱性能好、漏電流極小
、PN結耐壓高等
，有利於製造出耐高溫的高頻大功率半導體器件。

　　可以預見，碳化矽將是21世紀最可能成功應用的新型功率半導體器件材料。

　　關注點二：開關電源功率密度

　　提高開關電源的功率密度，使之小型化、輕量化，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。電源的小型化、減輕重量對便攜式電子設備(如移動電話
，數字相機等)尤為重要。使開關電源小型化的具體辦法有：

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

　　二是應用壓電變壓器。應用壓電變壓器可使高頻功率變換器實現輕、小、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”變換的性質傳送能量，其等效電路如同一個串並聯諧振電路，是功率變換領域的研究熱點之一。

　　三san是shi采cai用yong新xin型xing電dian容rong器qi。為wei了le減jian小xiao電dian力li電dian子zi設she備bei的de體ti積ji和he重zhong量liang，必bi須xu設she法fa改gai進jin電dian容rong器qi的de性xing能neng，提ti高gao能neng量liang密mi度du，並bing研yan究jiu開kai發fa適shi合he於yu電dian力li電dian子zi及ji電dian源yuan係xi統tong用yong的de新xin型xing電dian容rong器qi，要yao求qiu電dian容rong量liang大da
、等效串聯電阻ESR小、體積小等。[page_break]

　　關注點三：高頻磁與同步整流技術

　　電源係統中應用大量磁元件，高頻磁元件的材料、結構和性能都不同於工頻磁元件，有許多問題需要研究。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
，磁性能優越。適用於兆赫級頻率的磁性材料為人們所關注，納米結晶軟磁材料也已開發應用。

　　高頻化以後，為了提高開關電源的效率，必須開發和應用軟開關技術。它是過去幾十年國際電源界的一個研究熱點。

　　對於低電壓
、大電流輸出的軟開關變換器，進一步提高其效率的措施是設法降低開關的通態損耗。例如同步整流SR技術，即以功率MOS管反接作為整流用開關二極管
，代替蕭特基二極管(SBD)，可降低管壓降，從而提高電路效率。

　　關注點四：分布電源結構

　　分布電源係統適合於用作超高速集成電路組成的大型工作站(如圖像處理站)、大型數字電子交換係統等的電源

，其優點是：可實現DC/DC變換器組件模塊化；容易實現N+1功率冗餘，提高係統可*性；易於擴增負載容量；可降低48V母線上的電流和電壓降；容易做到熱分布均勻、便於散熱設計；瞬態響應好；可在線更換失效模塊等。

　　現在分布電源係統有兩種結構類型
，一是兩級結構
，另一種是三級結構。

　　關注點五：PFC變換器

　　由於AC/DC變換電路的輸入端有整流元件和濾波電容，在正弦電壓輸入時，單相整流電源供電的電子設備

，電網側(交流輸入端)功率因數僅為0.6～0.65。采用PFC(功率因數校正)變換器，網側功率因數可提高到0.95～0.99
，輸入電流THD小於10%。既治理了電網的諧波汙染
，又提高了電源的整體效率。這一技術稱為有源功率因數校正APFC單相APFC國內外開發較早，技術已較成熟；三相APFC的拓撲類型和控製策略雖然已經有很多種
，但還有待繼續研究發展。

　　一般高功率因數AC/DC開關電源，由兩級拓撲組成
，對於小功率AC/DC開關電源來說，采用兩級拓撲結構總體效率低、成本高。

　　如果對輸入端功率因數要求不特別高時
，將PFC變換器和後級DC/DC變換器組合成一個拓撲
，構成單級高功率因數AC/DC開關電源，隻用一個主開關管
，可使功率因數校正到0.8以上，並使輸出直流電壓可調

，這種拓撲結構稱為單管單級即S4PFC變換器。

　　關注點六：電壓調節器模塊VRM

　　電壓調節器模塊是一類低電壓
、大電流輸出DC-DC變換器模塊
，向微處理器提供電源。現在數據處理係統的速度和效率日益提高
，為降低微處理器IC的電場強度和功耗，必須降低邏輯電壓，新一代微處理器的邏輯電壓已降低至1V，而電流則高達50A～100A
，所以對VRM的要求是：輸出電壓很低、輸出電流大、電流變化率高、快速響應等。

　　關注點七：全數字化控製

　　dianyuandekongzhiyijingyoumonikongzhi
，moshuhunhekongzhi
，jinrudaoquanshuzikongzhijieduan。quanshuzikongzhishiyigexindefazhanqushi，yijingzaixuduogonglvbianhuanshebeizhongdedaoyingyong。

　　但是過去數字控製在DC/DC變(bian)換(huan)器(qi)中(zhong)用(yong)得(de)較(jiao)少(shao)。近(jin)兩(liang)年(nian)來(lai)，電(dian)源(yuan)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)全(quan)數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)芯(xin)片(pian)已(yi)經(jing)開(kai)發(fa)，費(fei)用(yong)也(ye)已(yi)降(jiang)到(dao)比(bi)較(jiao)合(he)理(li)的(de)水(shui)平(ping)，歐(ou)美(mei)已(yi)有(you)多(duo)家(jia)公(gong)司(si)開(kai)發(fa)並(bing)製(zhi)造(zao)出(chu)開(kai)關(guan)變(bian)換(huan)器(qi)的(de)數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)芯(xin)片(pian)及(ji)軟(ruan)件(jian)。

　　全數字控製的優點是：數字信號與混合模數信號相比可以標定更小的量，芯片價格也更低廉；對電流檢測誤差可以進行精確的數字校正
，電壓檢測也更精確；可以實現快速

，靈活的控製設計。

　　關注點八：電磁兼容性

　　高頻開關電源的電磁兼容EMC問題有其特殊性。功率半導體開關管在開關過程中產生的di/dt和dv/dt，引起強大的傳導電磁幹擾和諧波幹擾。有些情況還會引起強電磁場(通常是近場)輻射。不但嚴重汙染周圍電磁環境
，對附近的電氣設備造成電磁幹擾
，還可能危及附近操作人員的安全。同時
，電力電子電路(如開關變換器)內部的控製電路也必須能承受開關動作產生的EMI及應用現場電磁噪聲的幹擾。上述特殊性，再加上EMI測量上的具體困難，在電力電子的電磁兼容領域裏

，存在著許多交*科(ke)學(xue)的(de)前(qian)沿(yan)課(ke)題(ti)有(you)待(dai)人(ren)們(men)研(yan)究(jiu)。國(guo)內(nei)外(wai)許(xu)多(duo)大(da)學(xue)均(jun)開(kai)展(zhan)了(le)電(dian)力(li)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)和(he)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)問(wen)題(ti)的(de)研(yan)究(jiu)

，並(bing)取(qu)得(de)了(le)不(bu)少(shao)可(ke)喜(xi)成(cheng)果(guo)。近(jin)幾(ji)年(nian)研(yan)究(jiu)成(cheng)果(guo)表(biao)明(ming)，開(kai)關(guan)變(bian)換(huan)器(qi)中(zhong)的(de)電(dian)磁(ci)噪(zao)音(yin)源(yuan)，主(zhu)要(yao)來(lai)自(zi)主(zhu)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)的(de)開(kai)關(guan)作(zuo)用(yong)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)壓(ya)、電流變化。變化速度越快，電磁噪音越大。

　　關注點九：設計和測試技術

　　建模、仿真和CAD是一種新的設計工具。為仿真電源係統，首先要建立仿真模型
，包括電力電子器件、變換器電路、數字和模擬控製電路以及磁元件和磁場分布模型等
，還要考慮開關管的熱模型
、可*性模型和EMC模型。各種模型差別很大
，建模的發展方向是：數字-模擬混合建模、混合層次建模以及將各種模型組成一個統一的多層次模型等。

　　電源係統的CAD，包括主電路和控製電路設計、器件選擇
、參數最優化
、磁設計、熱設計
、EMI設計和印製電路板設計、可*性預估
、計算機輔助綜合和優化設計等。用基於仿真的專家係統進行電源係統的CAD，可使所設計的係統性能最優，減少設計製造費用，並能做可製造性分析，是21世紀仿真和CAD技術的發展方向之一。此外，電源係統的熱測試、EMI測試
、可*性測試等技術的開發
、研究與應用也是應大力發展的。

　　關注點十：係統集成技術

　　電源設備的製造特點是：非標準件多
、勞動強度大、設計周期長、成本高、可*性低等，而用戶要求製造廠生產的電源產品更加實用、可*性更高、更輕小、成本更低。這些情況使電源製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，使電源產品的標準化、模塊化
、可製造性
、規模生產
、降低成本等目標得以實現。

　　實際上
，在電源集成技術的發展進程中，已經經曆了電力半導體器件模塊化，功率與控製電路的集成化，集成無源元件(包括磁集成技術)等deng發fa展zhan階jie段duan。近jin年nian來lai的de發fa展zhan方fang向xiang是shi將jiang小xiao功gong率lv電dian源yuan係xi統tong集ji成cheng在zai一yi個ge芯xin片pian上shang
，可ke以yi使shi電dian源yuan產chan品pin更geng為wei緊jin湊cou，體ti積ji更geng小xiao，也ye減jian小xiao了le引yin線xian長chang度du，從cong而er減jian小xiao了le寄ji生sheng參can數shu。在zai此ci基ji礎chu上shang，可ke以yi實shi現xian一yi體ti化hua
，所suo有you元yuan器qi件jian連lian同tong控kong製zhi保bao護hu集ji成cheng在zai一yi個ge模mo塊kuai中zhong。

　　上世紀90年代，隨著大規模分布電源係統的發展，一體化的設計觀念被推廣到更大容量、更高電壓的電源係統集成，提高了集成度，出現了集成電力電子模塊(IPEM)。IPEM將功率器件與電路、控製以及檢測、執行等元件集成封裝，得到標準的
，可製造的模塊，既可用於標準設計，也可用於專用
、特殊設計。優點是可快速高效為用戶提供產品
，顯著降低成本
，提高可*性。

　　總之
，電源係統集成是當今國際電力電子界亟待解決的新問題之一。