【導(dǎo)讀】SwitchingPowerSupplyDevelopmentTrack Developmentofswitchingpowersupply(ReviewXuanlan)switchingpowersupply(hereinafterreferredtoswitch power)toreplacethelinearregulatorpowertransistors(hereinafterreferredtothelinearpower)has30yearsofhistory, istheearliesttheseriesswitchingpowersupply,itsmainLinearpowersupplytopologiesandsimilar,butthepower transistortoswitchtoalaterstatePWM(PWM)controltechnique

　　

【正文】 的發(fā)展過程可以了解國際開關(guān)電源發(fā)展的一個側(cè)面，雖然一般說來，我國技術(shù)發(fā)展水平與國際先進(jìn)水平平均有5～ 10 年差距。 70 年代起，我同在黑白電視機(jī)，中小型計(jì)算機(jī)中開始應(yīng)用 5V， 20200A， 20kHZ AC－ DC 開關(guān)電源。 80 年代進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用階段，并開發(fā)研究 ～ 5MHz準(zhǔn)諧振型軟開關(guān)電源。 80 年代中，我國通信（如程注交換機(jī)）電源在 AC－ DC及 DC－ DC 開關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域中所六比重還比較低。 80 年代末我國通信電 源大規(guī)模更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的鐵磁穩(wěn)壓 整流電源和晶閘管（ Thyristor，原稱可控硅元件）相控穩(wěn)壓電源為大功率（ 48V， 6kw） AC－ DC開關(guān)電源（通信系統(tǒng)中常稱為開關(guān)型整流器 SMR）所持代；并開始在辦公室自動化設(shè)備中得到應(yīng)用。工業(yè)應(yīng)用方面，在鍋爐火焰控制，繼電保護(hù)，激光，彩色 TV，離子管燈絲發(fā)射電流調(diào)節(jié)，離子注射機(jī)，鹵鎢燈控制等系統(tǒng)中均有應(yīng)用。 90 年代我國又研制開發(fā)了一批新型專用非關(guān)電源，典型例子如下： 。東方紅三號通信衛(wèi)星、風(fēng)云一號、二號氣象衛(wèi)星均應(yīng)用了開關(guān)電源。特點(diǎn)是：多路輸出，不 可維修性，要求長期不改變性能，設(shè)置冗余模塊，可靠性高， EMC 滿足空間環(huán)境條件，高效，輕小。 2 遠(yuǎn)程火箭控制系統(tǒng)的 DC－ DC 開關(guān)電源，要求發(fā)射過程中高度可靠。 3 1000kW牽引變流器 4500V／ 1200A GTO 門控250W開關(guān)電源。 4 40kW固體脈沖激光器的軟開關(guān)電源。用 4 臺 10kw 全橋多諧振 ZVS 變換器并聯(lián)。 5．焊機(jī)用雙 IGBT 管正激車電壓轉(zhuǎn)換一脈定調(diào)制（ ZVT－ PWM）軟開關(guān)電源。輸出 20kW， 500A，開關(guān)頻率 40kHZ，效率 92％。特點(diǎn)是負(fù)載大范圍變化頻繁，工作環(huán)境惡劣。要求電源沖擊電流小，動態(tài)特性好，無過沖，負(fù)載個影響軟開關(guān)性質(zhì)。 。供繼電保護(hù)和自動裝置及蓄電池充電用。代替晶閘管調(diào)壓系統(tǒng)，輸出 10A， 180～ 286V。主開關(guān)管用 IGBT 或功率 MOSFET。 （有源功率同數(shù)校正器）。 可以看出 20 一 30 年中，我國開關(guān)電源的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)性能有很大進(jìn)展，這與因家基礎(chǔ)工業(yè)和國力增強(qiáng)有密切關(guān)系，也和國際先進(jìn)開關(guān)電源技術(shù)影響有關(guān)。充分顯示了中國電源技術(shù)人員的聰明才智和艱苦奮斗的創(chuàng)業(yè)精神。 90 年代，中小型（ 500W 以下） AC－ DC 和 DCDC 開關(guān)電源的特點(diǎn)是：高頻化（開關(guān)頻率達(dá) 300－ 400kHZ）以達(dá)到高功率密度，體小量輕；力求高效和高可靠；低成本；低輸出電壓（ ≤3V； AC 輸入端高功率同數(shù)等。在今后 5 年內(nèi)仍然將沿這些方向發(fā)展。 主要技術(shù)標(biāo)志 從技術(shù)上看，幾十年來推動開關(guān)電源性能和技術(shù)水平不斷提高的本要標(biāo)志是： 。 如功率 MOSFET 和 IGBT 已完全可代替功率晶體管和晶閘管，從而使中小型開關(guān)電源下作頻率可達(dá)到 400kHZ（ AC－ DC）和 1MHZ（ DCDC）的水平。超快恢復(fù)功率二極管， MOSF ET 問步整流技術(shù)的開發(fā)也為高效低電壓輸出（例如 3V）開關(guān)電源的研制有了可能?，F(xiàn)正在探索研制耐高溫的高性能碳化磚功率來導(dǎo)體器件。 關(guān)技術(shù)使高效率高頻開關(guān)變換器的實(shí)現(xiàn)有了可能。 PWM 開關(guān)電源按硬開關(guān)模式工作（開／關(guān)過程中電壓卜降／上升和電流上升／下降波形有交疊），因而開關(guān)損耗大。開關(guān)電源高頻化可以縮小體積重量，但開關(guān)損耗卻更大了（功耗與頻率成正比）。為此必須研究開關(guān)電比／電流波形個交更的技術(shù)，即所謂零電壓（ ZVS）／ 本電流（ ZCS）開關(guān)技術(shù)，或稱軟開關(guān)技術(shù)（相對于 PWM 硬開關(guān)技術(shù)而言），小功率軟開關(guān)電源效率可提高到 80 一85％。 70 年代諧報開關(guān)電源奠定了軟開關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)。以后新的軟開關(guān)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如準(zhǔn)諧振（ 80 年代中）全橋移相 ZVS－ PWM，恒頻 ZVS－ PWM／ ZCS－ PWM（ 80 年代末） ZVS － PWM 有源鉗位； ZVT－ PWM／ZCTPWM（ 90 年代初）全橋移相 ZV－ ZCS－ PWM（ 90 年代中）等。我國已將最新軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用于 6Kw 通信電源中，效率達(dá) 93%。 。如電流型控制及多環(huán)控制，電 荷控制，一周期控制，功率因數(shù)控制， DSP 控制；及相應(yīng)專用集成控制芯片的研制成功等，使開關(guān)電源動態(tài)性能有很大提高，電路也大幅度簡化。 （ APFC）的開發(fā)，提高了 AC－ DC開關(guān)電源功率因數(shù)。 由于輸入端有整流一電容元件， AC－ DC 開關(guān)電源及一大類整流電源供電的電子設(shè)備（如逆變器， UPS）等的電網(wǎng)測功率團(tuán)數(shù)僅為， 80 年代用 APFC 技術(shù)后可提高到 ～ ，既治理了電網(wǎng)的諧波 “污染 ”，又提高了開關(guān)電源的整體效率。單相 APFC 是 DC － DC 開關(guān)變換器拓?fù)浜凸β室驍?shù)控制技術(shù)的具 體應(yīng)用，而三相 APFC 則是三相 PWM 整流開關(guān)拓?fù)浜涂刂萍夹g(shù)的結(jié)合。 。 如集成磁路，平面型磁心，超薄型（ Low profile）變壓器；以及新型變壓器如壓電式，無磁心印制電路（ PCB）變壓器等，使開關(guān)電源的尺寸重量都可減少許多。 EMI 濾波器技術(shù)的進(jìn)步，使開關(guān)電源小型化并提高了 EMC 性能。 器監(jiān)控和開關(guān)電源系統(tǒng)內(nèi)部通信技術(shù)的應(yīng)用，提高了電源系統(tǒng)的可靠性。 90 年代末又提出了新型開關(guān)電源的研制開發(fā)，這也是新世紀(jì)開關(guān)電源的發(fā)展遠(yuǎn)景。如：用一級 AC－ DC 開關(guān)變換器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓或穩(wěn)流，并具有功率因數(shù)校正功能，稱為單管單級（ SingleSwitch Single Stage）或 4S 高功率因數(shù) AC－ DC 開關(guān)變換器；輸出 1V， 50A的低電壓大電流 DC－ DC 變換器，又稱電壓調(diào)節(jié)模塊 VRM，以適應(yīng)下一代超快速微處理器供電的需求；多通道（ Multi－ Channel 或 Multi－ Phase） DC－ DC 開關(guān)變換器；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（ Server）的開關(guān)電源刊可攜帶式電子設(shè)備的高頻開關(guān)電源等。 以上簡要回顧了開關(guān)電源發(fā)展的歷程和取得的業(yè)績。相信進(jìn)入 21 世紀(jì)后，開關(guān)電源的理論與技 術(shù)發(fā)展將會有更輝煌的成就，謹(jǐn)以此短文寄希望于我國跨世紀(jì)的青年電源專家們。