1、引言电源有如人类的心脏，是所有电设备的动力，但电源却不象心脏那样形式单一。因为，标志电源特性的参数有电压、功率、频率、噪声及所带负载参数的变化等；在同一参数要求下，又有体积、重量、形态、功率、可靠性等指标。人们可按此去“塑造”和完美电源，因此电源的形式是极多的。在有些情况下，一般电力要经过转换才能符合使用的需要。例如，交流转换成直流，高电压转换成低电压等。这一过程有人形象地比喻为“粗电”炼成“精电” ， “粗电”炼成“精电”才好使用。按照电力电子地习惯称谓，AC-DC（理解为 AC 转换成 DC，其中 AC 表示交流电，DC 表示直流电）称为整流（包括整流及离线式交换） ，DC-AC 成为逆变
2、，AC-AC 称为交流-交流变频（同时也变压） ，DC-DC 称为直流-直流变换。为达到转换目的，手段是多样的。20 世纪 60 年代前，研发了半导体器件，并以此器件为主实现这些变换。电力电子学科从此形成并有了 30 年的迅速发展。所以，广义地说，凡用半导体功率器件做开关，将一种电源形态转变为另一种形态的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称开关稳压电源（简称开关电源） 。开关电源主要组成部分时 DC-DC变换器，因为它是转换的核心，涉及频率变换。目前 DC-DC 变换中所用的频率提高最快，它在提高频率中碰到的开关过程、损失机制，为提高效率而采用的方法，也可作
3、为其它转换方法参考。第一章 开关电源的概述1.1 开关电源的发展史1955 年美国的科学家罗耶（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。由于那时的微电子设备及技术十分落后，不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器
4、只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。60 年代，由于微电子技术的快速发展，高反压的晶体管出现了，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围,并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。省掉了工频变压器，又使开关电源的体积和重量大为减小，开关电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。70 年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开
5、关电源成为各种电源的佼佼者。1.2 开关电源类型和原理现在，电子技术和应用迅速地发展，对电子仪器和设备的要求是：性能上，更加安全可靠，在功能上，不断地增加。在使用上自动化程度越来越高。在体积上，要日趋小型化。这使采用具有众多优点的开关电源就显得更加重要了。所以，开关电源在计算机、通信、航天、彩色电视等方面都得到了越来越广泛的应用，发挥了巨大的作用，这大大促进了开关电源的发展，从事这方面研究和生产的人员也在不断地增加，开关电源的品种和类型也越来越多。下面的组图给出了各种类型开关电源的原理图。(1)按储能电感与负载的连接方式划分串联型 储能电感串联在输入与输出电压之间，电路形式如图 1-1 所示。
6、并联型 储能电感并联在输入与输出电压之间，电路形式如图 1-2 所示。(2)按开关晶体管的类型划分晶体管型 采用晶体管作为开关管，电路形式如图 1-4 所示。可控硅型 采用可控硅作为开关管，这种电路的特点是直接输入交流电，不需要一次整流部分，其电路形式如图 1-3 所示。(3)按激励方式划分他激式 电路中转设激励信号的振荡器，电路形式如图 1-5 所示。自激式 开关管兼作振荡器中的振荡管，电路形式如图 1-6 所示。(4)按开关管电流的工作方式划分开关型 用开关晶体管把直流变成高频标准方波，电路形式类似于他激式。谐振型 开关晶体管与 LC 谐振回路将直流变成标准正弦波，电路形式类似于自激式。(
7、5)按调制方式划分脉宽调制型 振荡频率保持不变，通过改变脉冲宽度来改变和调节输出电压的大小，有时通过取样电路、耦合电路等构成反馈闭环回路，来稳定输出电压的幅度。频率调制型 占空比保持不变，通过改变振荡器的振荡频率来调节和稳定输出电压的幅度。混合调制型 通过调节导通时间的振荡频率来完成调节和稳定输出电压幅度的目的。(6)按工作方式划分可控整流型所谓可控整流型开关电源，是指采用可控硅整流元件作为调整开关管，可由交流市电电网直接供电，也可用变压器变压后供电。（这种供电方式在开关电源刚兴起的初期常常采用，目前基本上不太采用）在可工作的半波内，截去正弦曲线的前一部分，这一部分所占角度称为截止角，导通的正
8、弦曲线的后一部分称为导通角。依靠调节导通角的大小，可达到调整输出电压和稳定电压的目的。其电路如图 1-8 所式。斩波型斩波型开关电源是指直流供电，输入直流电压加到开关电路上，在开关电路的输出端得到单向的脉动直流，经过滤波得到与输入电压不同的稳定的直流电压，电路还从输出电压取样，经过比较、放大、控制脉冲发生电路产生的脉冲信号，用以控制调整开关的导通时间和截止时间的长短或开关的工作频率，最后达到稳定输出电压的目的。电路的过压保护电路也是依据这一部分提供的取样信号来进行工作的，斩波型电路形式如图 1-7 所示。(7)按晶体管的连接的连接方式划分单端式 仅使用一个晶体管作为电路中的开关管，这种电路的特
9、点是价格低，电路结构简单，但输出功率不能提高，其电路形式如图 1-1、图 1-2 和图 1-3 所示。推挽式 使用两个晶体管，将其连接成推挽功率放大器形式。这种电路的特点是开关变压器必须具有中心抽头，电路形式如图 1-9。半桥式 使用两个晶体管，将其连接成半桥形式。它的特点是适应于输入电压较高的场合。电路形式如图 1-10 所示。全桥式 使用四个开关晶体管，将其连接成全桥形式。它的特点是输出的功率比较大。其电路形式如图 1-11 所示。(8)按输入与输出的电压大小划分升压式 输出电压比输入电压高，实际就是并联型开关电源。降压式 输出电压比输入电压低，实际就是串联型开关电源。(9)按电路结构划分
10、散件式 整个开关电源电路都是采用分立元器件组成的，它的电路结构较为复杂，可靠性较差。集成电路式 整个开关电源电路或电路的一部分是由集成电路组成的，这种集成电路通常为厚膜电路。有的厚膜集成电路中包括开关晶体管，有的则不包括开关晶体管。这种电源的特点是电路结构简单、调试方便、可靠性高。彩色电视机中常采用这种开关电源。以上五花八门的开关电源的品种都是站在不同的角度，以开关电源不同的特点命名的。尽管各种电路的激励方法、输出直流电压的调节手段、储能电感的连接方式、开关管器件种类以及串并联结构等各不相同，但是它们最后总可以归结为串联型开关电源和并联型开关电源这两大类。1.3 开关电源的优缺点1、开关电源的
11、优点1.功耗小，效率高。在图 1-12 中的开关电源电路中，晶体管 V 在激励信号的激励下，它交替地工作在导通截止和截止导通的开关状态，转换速度很快，频率一般为 50kHz 左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或者近1000kHz。这使得开关晶体管 V 的功耗很小，电源的效率可以大幅度地提高，其效率可达到 80%。2.体积小，重量轻。从开关电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。由于调整管 V 上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。由于这两方面原因，所以开关电源的体积小，重量轻。3.稳压范围宽。从开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化
12、可以通过调频或调宽来进行补偿，这样，在工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。此外，改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。这样，开关电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵活地选用各种类型的开关电源。4.滤波的效率大为提高，使滤波电容的容量和体积大为减少。开关电源的工作频率目前基本上是工作在 50kHz，是线性稳压电源的 1000 倍，这使整流后的滤波效率几乎也提高了 1000 倍。就是采用半波整流后加电容滤波，效率也提高了 500b 倍。在相同的纹波输出电压下，采用开关电源时，
13、滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的 1/5001/1000。5.电路形式灵活多样。例如，有自激式和他激式，有调宽型和调频型，有单端式和双端式等等，设计者可以发挥各种类型电路的特长，设计出能满足不同应用场合的开关电源。2、开关电源的缺点开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关电源中，功率调整开关晶体管 V 工作在状态，它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。
14、目前，由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距，因而造价不能进一步降低，也影响到可靠性的进一步提高。所以在我国的电子仪器以及机电一体化仪器中，开关电源还不能得到十分广泛的普及及使用。特别是对于无工频变压器开关电源中的高压电解电容器、高反压大功率开关管、开关变压器的磁芯材料等器件，在我国还处于研究、开发阶段。在一些技术先进国家，开关电源虽然有了一定的发展，但在实际应用中也还存在一些问题，不能十分令人满意。这暴露出开关电源的又一个缺点，那就是电路结构复杂，故障率高，维修麻烦。对此，如果设计者和制造者不予以充分重视，则它将直接影响到开关电源的推广应用。当今
15、，开关电源推广应用比较困难的主要原因就是它的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高。1.4 目前正在克服的困难随着半导体技术和微电子技术的高速发展，集成度高、功能强大的大规模集成电路的不断出现，使得电子设备的体积在不断地缩小，重量在不断地减轻，所以从事这方面研究和生产的人们对开关电源中的开关变压器还感到不是十分理想，他们正致力于研制出效率更高、体积更小、重量更轻的开关变压器或者通过别的途经取代开关变压器，使之能够满足电子仪器和设备微小型化的需要，这是从事开关电源研制的科技人员目前正在克服的一个困难。开关电源的效率是与开关管的变换速度成正比的，并且开关电源中由于采用了开关变压器以后，才能使之由一
16、组输入得到极性、大小各不相同的多组输出。要进一步提高开关电源的效率，就必须提高电源的工作频率。但是，当频率提高以后，对整个电路中的元器件又有了新的要求。例如，高频电容、开关管、开关变压器、储能电感等都会出现新的问题。进一步研制适应高频率工作的有关电路元器件，是从事开关电源研制科技人员要解决的第二个问题。工作在线性状态的线性稳压电源，具有稳压和滤波的双重作用，因而串联线性稳压电源不产生开关干扰，且波纹电压输出较小。但是在开关电源中的开关管工作在开关状态，其交变电压和电流会通过电路中的元件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰就会污染市电电网，影响邻近的电子仪器及设备的正常工作。随着开关电源电路和
17、抑制干扰措施的不断改进，开关电源的这一缺点得到了一定的克服，可以达到不妨碍一般的电子仪器、家用电器的正常工作的程度。但是在一些精密电子仪器中，由于开关电源的这一缺点，却使它得不到使用。所以，克服开关电源的这一缺点，进一步提高它的使用范围，是从事开关电源研制科技人员要解决的第三个问题。第二章 现代开关电源国内外发展动向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
18、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
19、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 1200V1700V，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 20kHz40kHz，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
20、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
21、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
22、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
23、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 0.60.65。采用 PFC(功率因数校正) 变换器，网侧功率因数可提高到 0.950.99，输入电
24、流THD 小于 10%。既治理了电网的谐波污染，又提高了电源的整体效率。这一技术称为有源功率因数校正 APFC 单相 APFC 国内外开发较早，技术已较成熟；三相 APFC 的拓扑类型和控制策略虽然已经有很多种，但还有待继续研究发展。一般高功率因数 AC/DC 开关电源，由两级拓扑组成，对于小功率 AC/DC开关电源来说，采用两级拓扑结构总体效率低、成本高。如果对输入端功率因数要求不特别高时，将 PFC 变换器和后级 DC/DC 变换器组合成一个拓扑，构成单级高功率因数 AC/DC 开关电源，只用一个主开关管，可使功率因数校正到 0.8 以上，并使输出直流电压可调，这种拓扑结构称为单管单级即
25、S4PFC 变换器。关注点六：电压调节器模块 VRM 电压调节器模块是一类低电压、大电流输出 DC-DC 变换器模块，向微处理器提供电源。现在数据处理系统的速度和效率日益提高，为降低微处理器 IC 的电场强度和功耗，必须降低逻辑电压，新一代微处理器的逻辑电压已降低至1V，而电流则高达 50A100A，所以对 VRM 的要求是：输出电压很低、输出电流大、电流变化率高、快速响应等。关注点七：全数字化控制电源的控制已经由模拟控制，模数混合控制，进入到全数字控制阶段。全数字控制是一个新的发展趋势，已经在许多功率变换设备中得到应用。但是过去数字控制在 DC/DC 变换器中用得较少。近两年来，电源的高性能
26、全数字控制芯片已经开发，费用也已降到比较合理的水平，欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字控制芯片及软件。全数字控制的优点是：数字信号与混合模数信号相比可以标定更小的量，芯片价格也更低廉；对电流检测误差可以进行精确的数字校正，电压检测也更精确；可以实现快速，灵活的控制设计。关注点八：电磁兼容性高频开关电源的电磁兼容 EMC 问题有其特殊性。功率半导体开关管在开关过程中产生的 di/dt 和 dv/dt，引起强大的传导电磁干扰和谐波干扰。有些情况还会引起强电磁场(通常是近场)辐射。不但严重污染周围电磁环境，对附近的电气设备造成电磁干扰，还可能危及附近操作人员的安全。同时，电力电子电路(如开
27、关变换器) 内部的控制电路也必须能承受开关动作产生的 EMI 及应用现场电磁噪声的干扰。上述特殊性，再加上 EMI 测量上的具体困难，在电力电子的电磁兼容领域里，存在着许多交叉科学的前沿课题有待人们研究。国内外许多大学均开展了电力电子电路的电磁干扰和电磁兼容性问题的研究，并取得了不少可喜成果。近几年研究成果表明，开关变换器中的电磁噪音源，主要来自主开关器件的开关作用所产生的电压、电流变化。变化速度越快，电磁噪音越大。关注点九：设计和测试技术建模、仿真和 CAD 是一种新的设计工具。为仿真电源系统，首先要建立仿真模型，包括电力电子器件、变换器电路、数字和模拟控制电路以及磁元件和磁场分布模型等，还
28、要考虑开关管的热模型、可靠性模型和 EMC 模型。各种模型差别很大，建模的发展方向是：数字-模拟混合建模、混合层次建模以及将各种模型组成一个统一的多层次模型等。电源系统的 CAD，包括主电路和控制电路设计、器件选择、参数最优化、磁设计、热设计、EMI 设计和印制电路板设计、可靠性预估、计算机辅助综合和优化设计等。用基于仿真的专家系统进行电源系统的 CAD，可使所设计的系统性能最优，减少设计制造费用，并能做可制造性分析，是 21 世纪仿真和CAD 技术的发展方向之一。此外，电源系统的热测试、EMI 测试、可靠性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展的。关注点十：系统集成技术电源设备的制造特点
29、是：非标准件多、劳动强度大、设计周期长、成本高、可靠性低等，而用户要求制造厂生产的电源产品更加实用、可靠性更高、更轻小、成本更低。这些情况使电源制造厂家承受巨大压力，迫切需要开展集成电源模块的研究开发，使电源产品的标准化、模块化、可制造性、规模生产、降低成本等目标得以实现。实际上，在电源集成技术的发展进程中，已经经历了电力半导体器件模块化，功率与控制电路的集成化，集成无源元件(包括磁集成技术)等发展阶段。近年来的发展方向是将小功率电源系统集成在一个芯片上，可以使电源产品更为紧凑，体积更小，也减小了引线长度，从而减小了寄生参数。在此基础上，可以实现一体化，所有元器件连同控制保护集成在一个模块中。
30、上世纪 90 年代，随着大规模分布电源系统的发展，一体化的设计观念被推广到更大容量、更高电压的电源系统集成，提高了集成度，出现了集成电力电子模块(IPEM) 。IPEM 将功率器件与电路、控制以及检测、执行等元件集成封装，得到标准的，可制造的模块，既可用于标准设计，也可用于专用、特殊设计。优点是可快速高效为用户提供产品，显著降低成本，提高可靠性。总之，电源系统集成是当今国内外电力电子界亟待解决的新问题之一。第三章 开关电源的发展方向进入 21 世纪，我国工业界、学术界、电力电子、电子电源、通信、材料等行业，还应协同开发下述和通信开关电源相关的产品和技术。1.探索研制耐高温的高性能碳化硅(SiC
31、)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材料，碳化硅的优点是：禁带宽、工作温度高(可达 600)、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN 结耐压高等等。2.平面磁心及平面变压器技术平面磁心(Planar core)的开发，可实现超薄型(Lowprofile)变压器和超薄型开关变换器。适用于便携式(Portable)电子设备电源及板上(On-board)电源。由于其结构呈宽扁形，散热面积大，更适合于高频变压器。 平面变压器要求磁心、绕组，铜箔绕组等。据报道，国外已有多家公司开发了平面变压器。提箱内可放总功率达几十 kW、十几种平面变压器。效率 97-99
32、；工作频率50/Payton 公司制造的 5W-20kW 变压器，其体积及功率密度仅为传统高频变压器的 20，一个手提箱内可放总功率达几十 kW、十几种平面变压器。效率 97-99；工作频率 50kHz-2MHz；漏感0.2；EMI 小。3.集成高频磁元件技术及阵列式(Matrix)磁元件技术将多个磁元件(如多个电感，变压器和电感)集成在一个磁心上。可以减少变换器体积，降低磁元件损耗。国外已有集成磁元件变换器(Integrated Magnetics Converter)的报道：50W 输出、5V 及 15V 两路、100kHz，DC-DC 正激变换器，变压器和输出滤波电感在一个磁心上实现，简
33、称 IM 变换器。 阵列式磁元件技术是将电路中磁元件离散化，形成分布式阵列布置，或形成“磁结构层”，使磁结构与电路板或其他器件紧密配合，集成化。4.磁电混合集成技术包括磁心与晶体管硅片集成、利用电感箔式绕组层间分布电容实现磁元件与电容混合集成等。5.新型电容器研究开发适合于能源和功率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。据报道，美国南卡罗里那州 KEMET 电子公司在 90年代末，已开发出 330F 新型固体(Solid Tantalum)电容，其 ESR 从原来的500m 降到 30m。6.S4 功率因数校正(PF Corrected)AC-DC 开关变换技术
34、一般高功率因数 AC-DC 开关电源，要用两个电力电子电路串级(Cascade)运行，在 DC-DC 开关变换器前加一级前置功率因数校正器。对于小功率 PWM 开关电源，至少需要两个主开关管和两套控制驱动电路，总体效率低、成本高。 用一级 AC-DC 开关变换器实现小功率稳压或稳流电源，并使输入端功率因数(PF)校正到 0.8 以上，称为单管单级(Single Switch Stage)，简称 S4 功率因数校正(PF Corrected)AC-DC 开关变换器。例如，前置功率因数校正用 DCM 运行的 DCM运行；两级电路合用一个主开关管，因为反激电路有隔离变换器，故称 S4 功率因数校正隔
35、离式 AC-DC 开关变换器。当然，如果加有源钳位或其他软开关技术，还需要一个辅助开关管，称为单级(Single Stage-S2)有隔离正软开关电源的实验结果；效率 86.5，功率因数 0.98，THD13，开关频率 150kHz，输入155VAC，输出 28V，80W。7.输出 1V/50A 的低电压大电流 DC-DC 变换器为适应下一代快速微处理器、可携带式通讯设备、服务器(Server)等供电的需求，要求开发低输出电压、大电流 DC-DC 开关变换器，或称电压调节器模块 VRM(Voltage Regulator Module)。其输出电压为 1.1-1.8V，输出电流达50-100A，电流转换速率达 5A/ns。由于电路有高频寄生参数，当电流大幅度变化时，引起输出电压扰动。为防止这种扰动，过去采用增大输出滤波电容、电感的方法，但缺点甚多。国外开发了用多输入通道(Multi Channel)或多相(Multi-Phase)DC-DC 变换器作为服务器的电源。输出采用波形交错叠加(Interleaving)方案，保证 VRM 输出纹波小，改善输出瞬态响应，并减少输出滤波电感和电容。8.通信开关电源的设计、测试技术主要是电源热设计及测试，EMI 设计及测试，可靠性设计及测试等技术的开发、研究与应用。
