近年來，隨著世界經(jīng)濟全球化和我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，特種、航天、通信、信息、機械、電力、家電、冶金、化工及有色加工等行業(yè)對高頻開關(guān)電源的用量需求越來越大，品質(zhì)要求也越來越高。特別是2009年哥本哈根氣候變化會議的召開，發(fā)展以低能耗、低污染和低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟模式—“低碳經(jīng)濟”已成為全球經(jīng)濟發(fā)展的主要趨勢。降低能源消耗，發(fā)展節(jié)能環(huán)保的電源產(chǎn)品為電力電子行業(yè)的重要任務(wù)，高頻開關(guān)電源因可節(jié)省原材料，減少占地面積，是當(dāng)今特種電源行業(yè)研究的熱門課題，本文回顧開關(guān)電源的發(fā)展歷史，了解其發(fā)展現(xiàn)狀，并探討了其發(fā)展趨勢。

開關(guān)電源的發(fā)展歷程

1.20世紀(jì)50-60年代開關(guān)電源研究和應(yīng)用

開關(guān)電源的研究和應(yīng)用開始于20世紀(jì)50年代。1955年美國羅耶發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，首創(chuàng)脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制，為研制開關(guān)電源打下理論基礎(chǔ)。到20世紀(jì)60年代，開關(guān)電源的各種基本電路拓撲已逐漸成型，其體積小、重量輕和效率高(最高可達70%)的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)。

2.20世紀(jì)70-80年代開關(guān)電源正式進入“高頻”時代

20世紀(jì)70年代，以電力晶體管GTR為代表的高頻電力開關(guān)的出現(xiàn)使開關(guān)電源的頻率提高到20kHz，在開關(guān)變換時不會產(chǎn)生刺耳噪聲。20世紀(jì)80年代，IGBT的出現(xiàn)讓僅適用于小功率場合的開關(guān)電源在中大功率直流電源中也得以發(fā)揮作用。20世紀(jì)80年代末期，采用PWM技術(shù)的MOSFET開關(guān)整流器，開關(guān)頻率均在50kHz左右。

3.20世紀(jì)90年代軟開關(guān)PWM控制技術(shù)促成高頻開關(guān)電源又一次飛躍

隨著工作頻率的提高，開關(guān)損耗不可避免地大大增加。軟開關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)將開關(guān)損耗幾乎降為零。零電壓變換、零電流變換、諧振變換、準(zhǔn)諧振變換和移相諧振變換等軟開關(guān)技術(shù)使高頻開關(guān)電源在保持高效率的前提下工作頻率越來越高，帶來巨大的經(jīng)濟效益。20世紀(jì)90年代，高頻開關(guān)電源的工作頻率已提高至500kHz-1MHz。

4.21世紀(jì)高頻開關(guān)電源進入數(shù)字化時代

進人21世紀(jì)，隨著數(shù)字電路技術(shù)、計算機控制技術(shù)的發(fā)展以及在電力電子技術(shù)上的應(yīng)用，高頻開關(guān)電源進人數(shù)字電源時代，且發(fā)展迅猛。數(shù)字化電源從功能上定義為數(shù)字化控制的電源產(chǎn)品，提供控制、管理和檢測功能，可以對整個電源回路進行控制。

開始時，數(shù)字電源僅停留在概念和技術(shù)討論層面，沒有形成真正意義上的數(shù)字電源產(chǎn)品。直到2005年，美國德州儀器公司(TI)率先推出創(chuàng)新性的數(shù)字化電源產(chǎn)品，以“全數(shù)字控制回路”為特征的數(shù)字化電源控制芯片開始出現(xiàn)，實現(xiàn)數(shù)字化電源真正由概念走向運用。