2008/5/22 0:00:00
上世纪60年代，开关电源的问世，使其逐步取代了线性稳压电源和scr相控电源。40多年来，开关电源技术有了飞迅发展和变化，经历了功率半导体器件、高频化和软开关技术、开关电源系统的集成技术三个发展阶段。
功率半导体器件从双极型器件(bpt、scr、gto)发展为mos型器件(功率mosfet、igbt、igct等)，使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。
自上世纪80年代开始，高频化和软开关技术的开发研究，使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。
上世纪90年代中期，集成电力电子系统和集成电力电子模块(ipem)技术开始发展，它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。
关注点一：功率半导体器件性能
1998年，infineon公司推出冷mos管，它采用“超级结”(super-junction)结构，故又称超结功率mosfet。工作电压600v～800v，通态电阻几乎降低了一个数量级，仍保持开关速度快的特点，是一种有发展
前途的高频功率半导体器件。
igbt刚出现时，电压、电流额定值只有600v、25a。很长一段时间内，耐压水平限于1200v～1700v，经过长时间的探索研究和改进，现在igbt的电压、电流额定值已分别达到3300v/1200a和4500v/1800a，高压igbt单片耐压已达到6500v，一般igbt的工作频率上限为20khz～40khz，基于穿通(pt)型结构应用新技术制造的igbt，可工作于150khz(硬开关)和300khz(软开关)。
igbt的技术进展实际上是通态压降，快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺和结构形式的不同，igbt在20年历史发展进程中，有以下几种类型：穿通(pt)型、非穿通(npt)型、软穿通(spt)型、沟漕型和电场截止(fs)型。
碳化硅sic是功率半导体器件晶片的理想材料，其优点是：禁带宽、工作温度高(可达600℃)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、pn结耐压高等，有利于制造出耐高温的高频大功率
半导体器件。
可以预见，碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料。
关注点二：开关电源功率密度
提高开关电源的功率密度，使之小型化、轻量化，是人们不断努力追求的目标。电源的高频化是国际电力电子界研究的热点之一。电源的小型化、减轻重量对便携式电子设备(如移动电话，数字相机等)
尤为重要。使开关电源小型化的具体办法有：
一是高频化。为了实现电源高功率密度，必须提高pwm变换器的工作频率、从而减小电路中储能元件的体积重量。
二是应用压电变压器。应用压电变压器可使高频功率变换器实现轻、小、薄和高功率密度。
压电变压器利用压电陶瓷材料特有的“电压-振动”变换和“振动-电压”变换的性质传送能量，其等效电路如同一个串并联谐振电路，是功率变换领域的研究热点之一。
三是采用新型电容器。为了减小电力电子设备的体积和重量，必须设法改进电容器的性能，提高能量密度，并研究开发适合于电力电子及电源系统用的新型电容器，要求电容量大、等效串联电阻esr小、
体积小等。
关注点三：高频磁与同步整流技术
电源系统中应用大量磁元件，高频磁元件的材料、结构和性能都不同于工频磁元件，有许多问题需要研究。对高频磁元件所用磁性材料有如下要求：损耗小，散热性能好，磁性能优越。适用于兆赫级频
率的磁性材料为人们所关注，纳米结晶软磁材料也已开发应用。
高频化以后，为了提高开关电源的效率，必须开发和应用软开关技术。它是过去几十年国际电源界的一个研究热点。
对于低电压、大电流输出的软开关变换器，进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗。例如同步整流sr技术，即以功率mos管反接作为整流用开关二极管，代替萧特基二极管(sbd)，可降低管压降，从而提高电路效率。
关注点四：分布电源结构
分布电源系统适合于用作超高速集成电路组成的大型工作站(如图像处理站)、大型数字电子交换系统等的电源，其优点是：可实现dc/dc变换器组件模块化；容易实现n+1功率冗余，提高系统可靠性；易于扩增负载容量；可降低48v母线上的电流和电压降；容易做到热分布均匀、便于散热设计；瞬态响应好；可在线更换失效模块等。
现在分布电源系统有两种结构类型，一是两级结构，另一种是三级结构。
关注点五：pfc变换器
由于ac/dc变换电路的输入端有整流元件和滤波电容，在正弦电压输入时，单相整流电源供电的电子设备，电网侧(交流输入端)功率因数仅为