牛人總結的開關電源的發展現狀

高頻開關電源從產生發展至今，其各方面性能有了普遍提高。隨著現代電力電子技術的飛速發展，越來越多的高新技術被成功應用到高頻開關電源中，極大地提高了高頻開關電源的各方面性能。

1 逐漸淘汰線性電源

高頻開關電源在技術上較線性電源具有很大優勢，節省了用來制造工頻變壓器的材料和空間，體積小、質量輕、可靠性高且性價比好，易于實現各種不同功率的輸出。隨著高頻開關電源開關頻率的不斷提高及高頻濾波技術的同步發展，原來困擾開關電源的輸出紋波大等問題得以克服，開關電源的輸出紋波可與線性電源相媲美，促使在各行業逐漸淘汰線性電源。

2 開關頻率已達MHz級

高頻開關電源自20世紀70年代突破20kHz以來，隨著技術的進步，其產品的頻率一路飆升到500kHz～1MHz。世界上很多國家都在致力于MHz級的高頻開關電源的研究。我國在這方面的研究較為滯后，但是已經取得了一定的成果。

3 小型化發展迅速

通過對高頻開關電源原理的分析和實際應用證明，電源使用的電容、電感、變壓器的體積和質量與電源工作頻率的平方根成反比。依據這個原理，高頻開關電源的頻率提高必然促成了體積的減小。電源小型化能使產品輕便、節省材料消耗和降低成本，具有很重要的經濟價值。

4 效率得到較大提高

由于各種新技術的運用，世界上高頻開關電源的效率達到95%以上，國內應用軟開關技術制造的6kW通信開關電源的效率已達到了93%。

5 提高頻率和減少體積不可避免面臨許多難題

隨著開關頻率的提高，必將帶來很多負面影響，包括開關元件和無源元件損耗的增加、元件高頻寄生參數和電磁干擾EMI等，都必須兼顧考慮。

6 軟開關技術發展應用日趨成熟

由于軟開關技術在理論上可以將開關損耗降低為零，因此該技術始終是研究的熱點。其電路可分為:準諧振電路、零開關PWM電路和零轉換PWM電路。目前發展應用成熟的技術包括:有源鉗位ZVS軟開關技術和全橋移相ZVS軟開關技術，效率可達90%以上。

7 軟開關與硬開關結合技術取得較好效果

開關技術的出現并沒有使硬開關技術逐漸沒落，相反通過與軟開關技術結合，煥發出新的活力。如零電流變換(ZCT)和零電壓變換(ZVT)技術，兼有軟開關的開關損耗小、EMI低、頻率高、效率高、節能效果好等優點和硬開關的開關管電壓、電流容量定額小和易于實現濾波等優點。

8 同步整流技術極大提高了開關電源的轉換效率

同步整流技術通過使用導通電阻極低(不大于3mΩ)的MOSFET，替代傳統的二極管作為逆變后的整流器件，通過控制器產生與整流電壓相位同步的柵極驅動信號控制同步整流器正常工作，這種方法可以極大降低整流損耗，主要應用于低壓大電流功率變換器中。

9 高頻有源功率因數校正(PFC)技術有效提高功率因數

高頻開關電源就像是交流電網上的非線性負載，所產生的高次諧波電流從輸電線輻射出去而污染電網，造成很大危害。PFC技術能有效地減少高頻開關電源對電網的污染，主要運用的是有源PFC技術。高頻有源PFC技術使電源輸入電流實現正弦化，且與輸入電源保持同相位，達到諧波抑制的目的。目前，主要的有源PFC技術包括兩級PFC技術和單級PFC技術兩種。

10 電磁兼容性(EMC)的設計技術有效降

低高頻開關電磁干擾由于高頻開關電源的結構特點，伴隨著開關電源開關操作時急劇的電壓和電流變化而產生的浪涌和噪聲，將作為傳導噪聲或輻射噪聲傳遞至設備的外部，從而引發電磁干擾(EMI)問題。EMC設計技術可以有效地解決這個問題。目前抑制電源EMI的三種重要的新技術包括周期擴頻、隨機擴頻和混沌擴頻。周期調頻已應用于商品電源中，而后兩種調頻技術正在發展之中。

11 電源電路、電源系統的模塊化提升了電源品質

目前，為了便于設計人員靈活使用各功能模塊，提高制造效率、降低成本、減小體積和提高可靠性，制造商將PFC、ZVS、ZCS、PWM控制、并聯均流控制和移相全橋控制等控制功能集成在專用芯片內，把功率開關器件同控制、驅動、保護、檢測等電路封裝在一個模塊內構成電力電子器件模塊。此外，制造商將控制、功率半導體器件和信息傳輸等功能全部集成在一個模塊中，通過取消傳統連線和電、熱、結構的優化設計，達到縮小體積、降低寄生參數和提高產品可靠性的目的。

12 單臺功率輸出不高限制國內大功率電源領域的應用

目前，國內的大功率高頻開關電源產品稀少且性能欠佳，而且單機容量大于20kW的大功率高頻開關電源在國內外極為少見，單機輸出電流一般在1000A以下。這些問題造成高頻開關電源在國內電化學和冶金等需要大功率(幾百千瓦或幾兆瓦以上)電源的領域還未得到應用。構成高頻開關電源主功率電路的最基本、最重要的兩大要素:電力電子器件和磁性器件的輸出功率不高，是目前阻礙功率提升的主要瓶頸。

13 分布式電源系統極大提升電源輸出功率

分布式高頻開關電源系統通過電源模塊并聯運行的方式，采用系統均流、N+M冗余設計和熱插拔技術，使得每個變換器處理較小的功率以降低電應力，突破了單臺輸出功率不夠大的瓶頸，將輸出功率提升到幾十千瓦甚至幾百千瓦，大大提高了系統的可靠性。此外，這種系統能擴展出多種功率輸出，降低了開發成本。

14 PWM反饋回路的數字控制技術得到實際應用

基于電子設計自動化(EDA)技術、單片機技術和數字信號處理器(DSP)技術等數字技術開發的數字電源通過軟件和硬件設計，可以替代模擬電路，實現PWM反饋回路的數字控制。DSP可通過內置PID算法生成數字PWM波形控制主 功率變換器;配合A/D轉換和CPLD等芯片檢測系統電流、電壓和溫度參數，經內部處理調整PWM信號輸出，實現調節電源輸出和各種保護功能，還可以對同步整流電路進行精確的同步控制。

15 基于數字技術開發的電源管理與通信功能提高產品性能

數字高頻開關電源能通過接口電路，外接鍵盤和液晶顯示器，進行人機交互操作;通過串口RS485、RS232或CAN總線等接口與上位機進行數據的通信，實現遙測遙控。數字電源的網絡接口，便于實現在線維護、自檢和升級，極大提高了產品的可靠性和使用壽命。

16 數字技術方便產品設計

各種功能的集成數字電路、數字控制芯片以及先進的EDA技術、單片機技術和DSP技術使得設計人員能夠擺脫以往繁復的模擬電路設計，專注于電源產品的質量、性能和功能的完善。通過運用計算機輔助設計(CAD)手段，包括TOPs-witch(PROTEL)、DXP等電路設計軟件，可以提高電源產品的開發效率，縮短研發周期。目前流行的Pspice和Matleb等仿真軟件不能完全仿真高頻開關電源的高頻寄生參數，只能在前期研究中提供參考，無法做到完全的仿真設計。

審核編輯：湯梓紅