浅析开关电源技术的发展趋势

引言：开关电源技术自20世纪50年代被发明应用以来，不断地发展、不断地被改善。开关电源技术拥有很乐观的发展前景，电子设备的小型化和低成本发展使电源应该拥有以轻、薄、小为特点的质感，但是在坚持可持续发展观的基础上也为了电源的小型化更好发展，电源的高频化、高效率化、数字化、模块化以及绿色化是开关电源技术必然的发展趋势。

随着电子技术的飞速发展以及国家出台的节能降耗政策，与电子设备密不可分的开关电源技术在人们生活、工作中的得到越来越广泛的应用，任何的电子设备离不开可靠的电源，相应地它们对电源的要求越来越高。为了开关电源的快速发展也为促进我国的国民经济进一步发展做出贡献必须坚持走技术创新之路，坚持可持续发展观，将节能减排与技术发展紧密结合。

1、高频化

理论分析以及实践经验表明， 当我们把供电频率提高的时候，用电设备的体积重量以其供电频率的平方根成反比地减小。这正是开关电源新技术得以实现功率变频而带来明显效益的根本原因。以此方法应用到电镀、电解、电加工、充电、浮充电、合闸用等各种直流电源类整机加以类似地改造，其主要材料可以节约90%甚至更高， 还可以做到省电30%及以上。技术升级带来物质材料的减少，从而降低了成本，提高了市场竞争力，也节约了各种物资。这些经济效益的反应体现了技术含量的价值。如果单纯地追求高频化，开关电源的噪声也会随之而增大。采用部分谐振转换回路技术，原理上在提高频率的同时又可以降低噪声。所以，开关电源的又一发展方向是尽可能地降低噪声影响。

2、数字化

传统的开关电源技术中，是靠模拟式信号控制来设计和工作的。几十年前，开关电源技术完全是建立在模拟电路的基础之上的。但是数字信号处理技术日臻完善成熟，越来越多的优点被显示出来：便于计算机处理和控制，可以使模拟信号传递的真实可靠，提高其抗干扰的能力，便于软件包调试和遥感、遥测、遥调，也便于其它技术的植入。目前，在整个的电子模拟电路系统中，网络、电视、通讯、音响设备、照片处理等都逐步实现了数字化，而最后一个没有数字化的领域就是电源。近年来，数字电源的研究势头旺盛，成果也越来越多。开关电源的发展离不开数字化。

3、模块化

模块化指功率器件的模块化以及电源单元的模块化。生活中常见的器件模块，含有一单元、两单元、六单元直至七单元，包括开关器件和与之反并联的续流二极管，实质上都属于“标准”功率模块（SPM）。近年，有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块（IPM），不但缩小了整机的体积，更方便了整机的设计制造。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的电应力（表现为过电压、过电流、毛刺）。为了提高系统的可靠性，有些制造商开发了“用户专用”功率模块（ASPM），它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中，使元器件之间不再有传统的引线连接，这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计，达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路（ASIC）。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片，再把整个模块固定在相应的散热器上，就构成一台新型的开关电源装置。由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。

4、绿色化

电源系统的绿色化有两层含义： 一是发电容量的节约，发电过程对环境造成了很大的污染，节电就意味着为环境的绿化做了贡献。二这些电源尽可能少地或不对电网产生污染，许多电子设备向电网诸如严重的高次谐波电流，使总功率因数下降，使电网电压出现很多问题甚至缺角和畸变。国际电工委员会（IEC）对此还制定了一系列标准，如IEC555、IECl000、IEC917等。在当今，节能环保被人们越来越重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，对电能的合理利用也是非常重要的。在开关电源的广泛应用发展下，开关电源的体积变小了，效率提高了， 正向着小型化和高频化的方向发展，但也存在着能量的损耗，所以节能对于开关电源也有重要意义。首先，开关电源的节能就是提高开关电源的效率，对开关电源的能耗进行分析可知对开关电源的电路结构和元器件进行改进可以提高开关电源效率，从而达到节能目的。其次，降低开关电源的开关损耗方法主要是软开关技术，理论上说是可以将开关电源的开关损耗降低到零，使其更加节能环保。可见开关电源小型化的发展趋势与开关电源的节能是相辅相成的。在大力提倡节能环保的环境下， 对开关电源节能的研究、提高开关电源的效率就显得意义重大，它适应了当今科技发展的潮流， 也符合人们生活的需要。

开关电源的发展趋势将以“四化”为主流即应用技能的智能化、硬件结构的模块化、软件控制的数字化、产品性能的绿色化，这些会使产品性能可靠、成熟、经济、实用。

5、开关电源技术发展的前景展望

当开关电源按照理想的发展趋势发展下去，将标志着开关电源技术的成熟。随着电力电子技术的不断创新，开关电源产业发展前景更加广阔，我国的开关电源也得到快速发展。近年来，随着通信行业的发展，以开关电源技术为核心的通信用开关电源，吸引了国内外一大批科技人员对其进行研究和开发，开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋。我国产品的性能虽然有了很大提高，能基本满足国内用户的要求，但与国外比起来，在设计技术、生产规模、制造工艺、可靠性重视程度和产品更新速度等方面，仍然存在不小的差距。因此，为了把具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源产业牢牢占据。我国应提高质量管理、加强可靠性设计、降低产品的设计和生产成本、加快产品创新开发、实现产品的标准化和系列化， 成为国内电源生产厂商迎接挑战，壮大自身实力。

参考文献

[1]周志敏，周纪海，开关电派实用技术设计与应用.北京人民邮电出版社，2003.

[2]王学智.开关电源的原理和发展趋势EJ].科技信息，2007，11，18―21.

（作者单位：连云港杰瑞电子有限公司）