電力電子技術(shù)已發(fā)展成為一門完整的、自成體系的高科技科學(xué)，而電源技術(shù)又屬于電力電子技術(shù)的范疇。電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)。信息技術(shù)（IT）的發(fā)展對(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求，從而促進(jìn)了電源技術(shù)的發(fā)展，兩者相輔相成才有了現(xiàn)今蓬勃發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè)和電源產(chǎn)業(yè)。從日常生活到最尖端的科學(xué)都離不開電源技術(shù)的參與和支持，而電源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)對(duì)提高一個(gè)國家勞動(dòng)生產(chǎn)率的水平，即提高一個(gè)國家單位能耗的產(chǎn)出水平，具有舉足輕重的作用。而在這個(gè)方面我國與世界先進(jìn)國家的差距很大，作為一個(gè)電源工作者，應(yīng)該不僅只局限于完成當(dāng)前的本職工作，還必須通過各種信息渠道及時(shí)搜索和掌握電源技術(shù)最新發(fā)展方向與電源相關(guān)的元器件、原材料的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，及時(shí)吸取國內(nèi)外先進(jìn)的薄膜工藝、厚膜工藝、集成化工藝等等，只有這樣才能設(shè)計(jì)出世界上一流的電源產(chǎn)品。
一、急速向多元化技術(shù)發(fā)展
電源是實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備，是一種技術(shù)含量高、知識(shí)面寬，更新?lián)Q代快的產(chǎn)品。此產(chǎn)品現(xiàn)今已廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、能源、交通、運(yùn)輸、信息、航空、航天、航運(yùn)、國防、教育、文化等領(lǐng)域。在當(dāng)前信息時(shí)代，上述各行各業(yè)都在迅猛異常地發(fā)展，發(fā)展的同時(shí)又對(duì)電源產(chǎn)業(yè)提出了更多更高的要求。如節(jié)能、節(jié)電、節(jié)材、縮體、減重、防止污染、改善環(huán)境、可靠、安全等。這就迫使電源工作者在電源研發(fā)過程中不斷探索，尋求各種相關(guān)技術(shù)，做出合格電源產(chǎn)品，以滿足各行各業(yè)的要求，從而又無形地帶動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的高速發(fā)展。而正由于這些技術(shù)的高速發(fā)展又推動(dòng)了電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當(dāng)前電源產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)地位的產(chǎn)品門類有：各種線性類穩(wěn)壓電源；通信用AC－DC開關(guān)電源；DC－DC開關(guān)電源；交流變頻調(diào)速電源；電解電鍍電源；高頻逆變式整流焊接電源；中頻感應(yīng)加熱電源；電力操作電源；正弦波逆變電源；大功率高頻高壓直流穩(wěn)壓電源；綠色照明電源；化學(xué)電源；UPS電源；可靠高效低污染的光伏逆變電源；風(fēng)光互補(bǔ)型電源等。而與電源相關(guān)的技術(shù)有：高頻變換技術(shù)；功率轉(zhuǎn)換技術(shù)；數(shù)字化控制技術(shù)；全諧振高頻軟開關(guān)變換技術(shù)；同步整流技術(shù)；高度智能化技術(shù)；諸多的電磁兼容相關(guān)技術(shù)；各種形式的功率因數(shù)校正技術(shù)；各種保護(hù)技術(shù)；并聯(lián)均流控制技術(shù)；脈寬調(diào)制技術(shù)；各種變頻調(diào)速技術(shù)；各種智能監(jiān)測技術(shù)；各種智能化充電技術(shù)；微機(jī)控制技術(shù)；各種集成化技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；各種形式的驅(qū)動(dòng)技術(shù)和先進(jìn)的工藝技術(shù)。
二、性能價(jià)格比是贏得市場占有率的永恒主題
產(chǎn)品價(jià)格、各種性能指標(biāo)、品牌效應(yīng)及使用壽命一直是廣大用戶最關(guān)心的問題?？v觀國內(nèi)外幾家知名電源廠商及世界頂級(jí)電源供應(yīng)商都面對(duì)同樣的壓力，價(jià)格之爭、性能比拼、產(chǎn)品的精益求精以至藝術(shù)化、人性化都在時(shí)時(shí)地競爭著，特別是在當(dāng)前信息時(shí)代，由于信息網(wǎng)絡(luò)給客戶帶來網(wǎng)上定貨采購的可能，使產(chǎn)品價(jià)格變得日趨公開，迫使每個(gè)電源供應(yīng)商都在力求降低成本的一系列措施，盡量提高性價(jià)比，盡最大努力贏得市場占有率。
（一）用戶最關(guān)注的性能指標(biāo)
1．電氣性能指標(biāo)
除特種電源外，一般線性類和開關(guān)類電源均有數(shù)十項(xiàng)指標(biāo)，但常提及的指標(biāo)有：輸出電壓精度、電網(wǎng)調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、溫度系數(shù)、輸出紋波及噪聲、輸入反射紋波電流、輸入共模噪聲電流、保護(hù)性能及效率等。上述指標(biāo)必須用合格的測試設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的測試方法。
2．可靠性、安全性與質(zhì)量
質(zhì)量是企業(yè)的生命線，縱觀改革開放以來，我國企業(yè)的發(fā)展史，無不說明質(zhì)量在企業(yè)的興衰中起著舉足輕重的作用，尤其在我國進(jìn)入WTO后，電源設(shè)備必將進(jìn)入國際市場，而這個(gè)市場已經(jīng)是超越區(qū)域融貫全球的一體化市場，大家必須遵從國際貿(mào)易協(xié)定的共同準(zhǔn)則，必須加快融入全球一體化的步伐。企業(yè)必須接受安全、質(zhì)量體系等種種標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范的論證。當(dāng)今的電源企業(yè)決不能把質(zhì)量狹義地理解為企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，而應(yīng)廣義地理解為企業(yè)的全面質(zhì)量。因此企業(yè)應(yīng)做到按照ISO9000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量認(rèn)證，明確自己企業(yè)的質(zhì)量目標(biāo)和質(zhì)量方針，對(duì)全員進(jìn)行質(zhì)量教育，把產(chǎn)品質(zhì)量貫穿于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的全過程。生產(chǎn)出技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量保證的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，供應(yīng)國內(nèi)外市場。切記，一定要做好產(chǎn)品的售后服務(wù)。另外一定要明確，產(chǎn)品的安全標(biāo)志是中國生產(chǎn)商進(jìn)入國際市場的重要通行證之一，所以加入WTO后，我國的電源生產(chǎn)商必須增加對(duì)國際UL認(rèn)證的了解和認(rèn)識(shí)，必須按照程序，按照標(biāo)準(zhǔn)，踏踏實(shí)實(shí)地做好這些工作，使自己的產(chǎn)品取得UL認(rèn)證，融入國際市場，目前UL是全球最大的安全認(rèn)定機(jī)構(gòu)，按雙方協(xié)議委托中國北京、上海、廣州幾家研究所和實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行此項(xiàng)工作。
3．關(guān)注EMC設(shè)計(jì)水平
電源設(shè)計(jì)人員應(yīng)知道，電磁兼容是專門研究在有限空間、時(shí)間以及頻譜資源條件下，各種電氣、電子設(shè)備可以共存而不引起性能降低的專門學(xué)科。這門科學(xué)是伴隨著無線電電子學(xué)中高頻、特高頻的應(yīng)用的發(fā)展而發(fā)展起來的。電磁兼容其實(shí)質(zhì)含義有：一方面是設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁騷擾，不應(yīng)對(duì)周圍設(shè)備造成不能承受的干擾，也不應(yīng)對(duì)周圍環(huán)境造成不能承受的"污染"；另一方面是設(shè)備或系統(tǒng)對(duì)來自周圍環(huán)境中的電磁干擾應(yīng)具有足夠的抗御能力。要做到這些，相當(dāng)困難，設(shè)計(jì)者必須通過學(xué)習(xí)和大量的實(shí)踐，深刻認(rèn)識(shí)電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)生干擾的途徑等，采取有效措施，加大EMC設(shè)計(jì)。如：加電網(wǎng)濾波器，采取無源補(bǔ)償新方案，有效地抑制傳導(dǎo)干擾；加各種屏蔽措施，抑制輻射干擾；加RC吸收網(wǎng)絡(luò)在電路的適當(dāng)部位吸收開關(guān)尖峰，利用各種軟開關(guān)技術(shù)，切實(shí)保證電源開關(guān)器件零電壓下導(dǎo)通，零電流下關(guān)斷，以減小過高的電流、電壓梯度所帶來的嚴(yán)重電磁干擾。合理設(shè)計(jì)印制板，合理的地線布局等都會(huì)減小電磁干擾，總之，當(dāng)前電磁兼容技術(shù)發(fā)展很快，用戶對(duì)電磁兼容的要求也會(huì)愈來愈高，值得電源供應(yīng)商加倍注意。
4．齊全的保護(hù)功能
目前，電源中所使用的功率器件價(jià)格較貴，其控制電路也比較復(fù)雜，另外電源負(fù)載一般都是大量的集成化程度很高的器件，而這些器件一般耐受電、熱、沖擊能力較差。電源的保護(hù)應(yīng)兼顧本身和負(fù)載的安全。目前保護(hù)的種類很多，如：極性保護(hù)、程序保護(hù)、過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過熱保護(hù)，這些保護(hù)為一般常用的幾種。由于當(dāng)前電源的種類很多，用途也極為廣泛，所以對(duì)保護(hù)的要求各有側(cè)重，按要求而定。因?yàn)殡娫粗屑恿吮Ｗo(hù)電路后，勢必增加器件，反過來又會(huì)影響系統(tǒng)的可靠性，為此要求保護(hù)電路本身的可靠性一定要高，以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)而提高電源本身的MTBF，這就要求保護(hù)的邏輯嚴(yán)密，電路簡單，元件最少，除此而外還要考慮所保護(hù)的電路本身出現(xiàn)故障的維修度，確保電源的正常工作和高可靠性。
（二）降低成本的主要途徑
1．采用先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)管理模式，盡力縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。
2．加強(qiáng)全員質(zhì)量意識(shí)，把產(chǎn)品質(zhì)量貫穿于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的全過程，力爭產(chǎn)品一次合格率100%，確保合同履行率100%與顧客滿意度100%。
3．電源產(chǎn)品的性能以滿足用戶工作要求為宜，不必過分地追求高指標(biāo)并合理地選擇元器件、原材料，盡可能地降低成本。
4．重視人才資源管理，走以人為本之路。不但要培養(yǎng)、尊重和愛護(hù)人才，還要合理的安排和使用，有效地發(fā)揮其作用，絕不浪費(fèi)人才資源。
5．以最大的信息量和信譽(yù)度加大市場占有率和資金回收率。
三、高頻、高效、低壓化、標(biāo)準(zhǔn)化是開關(guān)電源主要發(fā)展趨勢
（一）在封裝結(jié)構(gòu)上正朝著薄型，甚至超薄型方向發(fā)展
以前標(biāo)準(zhǔn)模塊的高度是0.5英寸，最近這個(gè)高度已下降到0.375英寸，一般客戶要求薄型封裝尺寸為7.5mm（0.295英寸）、8.5mm（0.335英寸）和10mm（0.394英寸）。外形尺寸趨于國際標(biāo)準(zhǔn)化尺寸，多為1/8、1/4、1/2、3/4和全磚式結(jié)構(gòu)，輸出端子相互兼容的設(shè)計(jì)日趨明顯。模塊內(nèi)部控制電路傾向于采用數(shù)字控制方式，非隔離式DC－DC變換器比隔離式增長速度快，分布式電源比集中式電源發(fā)展快。
（二）低電壓化
半導(dǎo)體工藝等級(jí)在未來十年將從0.18微米向50納米工藝邁進(jìn)，芯片所需最低電壓最終將變?yōu)?.6V，但輸出電流將朝著大電流方向發(fā)展。據(jù)市場調(diào)查得知，隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，半導(dǎo)體對(duì)各種電壓的需求百分率走勢為（見表1）：
表1 半導(dǎo)體器件工作電壓要求的變化
由表1可以看出，未來用戶所需電源電壓有下降的趨勢，估計(jì)不久將來1V及1V以下的電源需求量將有明顯增加，市場占有率會(huì)占一定比率。
（三）高效化
應(yīng)用各種軟開關(guān)技術(shù)，包括無源無損軟開關(guān)技術(shù)、有源軟開關(guān)技術(shù)，如ZVS/ZCS諧振、準(zhǔn)諧振；恒頻零開關(guān)技術(shù)；零電壓、零電流轉(zhuǎn)換技術(shù)及目前同步整流用MOSFET代替整流二極管都能大大地提高模塊在低輸出電壓時(shí)的效率，而效率的提高使得敞開式無散熱器的電源模塊有了實(shí)現(xiàn)的可能。這類模塊是當(dāng)今世界模塊潮流，必將得到廣泛應(yīng)用。隨著器件性能的改變，電源效率即將達(dá)到92%（5V）、90%（3.3V）、87.5%（2V）。
（四）大電流、高密度化
1991年高功率密度定義為每立方英寸輸出功率為25W，以后逐年增加，1994年為每立方英寸36W、1999年為每立方英寸52W、2001年每立方英寸為96W?，F(xiàn)在每立方英寸達(dá)數(shù)百瓦的程度。在全球范圍內(nèi)，高功率密度直流轉(zhuǎn)換模塊市場以每年16.8%的增長速度向前發(fā)展。輸出電流將增長到半磚80A、1/4磚50A，目前日本TDK公司推出新一代分布式隔離型DC－DC轉(zhuǎn)換器，其參數(shù)為1/4磚：輸入電壓42～58V、輸出電壓12V、輸出電流27A、效率為95%，功率密度已達(dá)每立方英寸236W；1/8磚：輸入電壓42～58V、輸出電壓12V、輸出電流13．5A、效率為95%，功率密度已達(dá)每立方英寸214W。
（五）高頻化
為了縮小開關(guān)電源的體積，提高電源的功率密度并改善其動(dòng)態(tài)響應(yīng)，小功率DC－DC變換器的開關(guān)頻率已將現(xiàn)在的200～500kHz提高到1MHz以上，但高頻化又會(huì)產(chǎn)生新的問題，如開關(guān)損耗以及無源元件的損耗增大，高頻寄生參數(shù)以及高頻電磁干擾增大等。
四、一流電源產(chǎn)品離不開先進(jìn)的元器件及先進(jìn)的工藝
（一）功率器件的發(fā)展是電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)
功率MOSFET是目前最快速度的功率器件。目前較先進(jìn)的水平為：電壓可達(dá)1200V，電流可達(dá)60A，頻率可達(dá)2M Hz，導(dǎo)通電阻可達(dá)約0.1Ω。提高器件耐壓，同時(shí)減小其導(dǎo)通電阻仍是今后MOSFET的主要研究方向。
絕緣柵雙極型晶體管IGBT是由MOSFET和雙極型晶體管復(fù)合而成的電力電子器件，它的控制極為絕緣柵控場效應(yīng)晶體管，輸出極為PNP雙極功率晶體管，因而具有兩者的優(yōu)點(diǎn)，克服了兩者的缺點(diǎn)。目前耐壓可達(dá)6.5kV，電流可達(dá)1.2kA，今后的主攻方向仍是擴(kuò)大容量，減小內(nèi)阻，以減小導(dǎo)通損耗。這里提及的是，由于IGBT經(jīng)常工作在高頻、高壓、大電流狀態(tài)下，又由于電源作為系統(tǒng)的前級(jí)，易受電網(wǎng)波動(dòng)、雷擊影響，容易損壞；，故IGBT的可靠性直接影響電源的可靠性，所以在選擇IGBT時(shí)，除作降額考慮外，對(duì)IGBT的保護(hù)設(shè)計(jì)也極為重要。
IGCT是GTO的更新?lián)Q代產(chǎn)品，它主要是通過分布集成門極驅(qū)動(dòng)，淺層發(fā)射極等技術(shù)。器件的開關(guān)速度有一定提高，同時(shí)減少了門極驅(qū)動(dòng)的功率，方便了應(yīng)用，而IGCT的發(fā)展趨勢仍然是高電壓、大容量。
（二）變壓器與磁性元件
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和成熟，人們逐漸認(rèn)識(shí)到磁性元件不僅是電源中的功能元件，同時(shí)其體積、重量、損耗在整機(jī)中也占相當(dāng)比例。據(jù)統(tǒng)計(jì)，磁件的重量一般是變換器總重量的30%～40%，體積占總體積的20%～30%，對(duì)于高頻工作，模塊化設(shè)計(jì)的電源，磁件體積、重量所占的比例還會(huì)更高。另外，磁件還是影響電源輸出動(dòng)態(tài)性能和輸出紋波的一個(gè)重要因素。因此，要提高電源的功率密度、效率和輸出品質(zhì)，就應(yīng)對(duì)減小磁件體積、重量及損耗的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究，并立足于應(yīng)用，以滿足電源發(fā)展的需要。
對(duì)于低、中頻電源，建議采用R型變壓器，其特點(diǎn)是：損耗低、體積小、無噪聲、抗干擾能力強(qiáng)。目前發(fā)展?fàn)顩r是單相功率范圍已擴(kuò)展到1VA～100kVA，三相功率范圍已擴(kuò)展到315kVA。未來主攻的方向是設(shè)法克服應(yīng)用中沖擊電流比較大的缺點(diǎn)（即變壓器次級(jí)開路，初級(jí)加額定電壓時(shí)的瞬間，初級(jí)所形成的沖擊電流）。
對(duì)于高頻變壓器，主要用于各種形式的開關(guān)電源，頻率為20～500kHz，功率可做到數(shù)十千瓦。所用材料主要是非晶、微晶、超微晶、軟磁鐵氧體材料，當(dāng)變壓器工作頻率大于700kHz時(shí)，變壓器中的渦流損耗急劇增加，約占總損耗的80%，為減小其損耗，必須在功率鐵氧體材料中加納米添加劑，從而出現(xiàn)了用納米晶軟磁合金和納米晶磁材制成的各種變壓器。當(dāng)前比較好的有日本TDK公司、FDK公司所提供的高頻磁芯和德國VAC公司所推出的超微晶磁材，這種磁材具有非常高的初始導(dǎo)磁率，一般高達(dá)幾萬，而材料所使用的頻率均為300kHz～1MHz，中心頻率為500kHz。目前磁性材料最高工作頻率可達(dá)1.5MHz，這就是我國研制的MnZn鐵氧體TP5A材料。以上這些材料所制成的變壓器有貼片變壓器、印制焊接式變壓器、變壓器模塊、各種形式的分體式變壓器、插入式變壓器，PCB平面變壓器及多層線路板平面變壓器。而平面多層變壓器，目前已能提供功率從5W～25kW，頻率為50kHz到2MHz的一系列PM產(chǎn)品，預(yù)計(jì)最近幾年來電源變壓器需求旺盛，已成為發(fā)展迅速的熱門產(chǎn)品，而電子變壓器未來發(fā)展的目標(biāo)是輕量、高效、高密度化，電源變壓器發(fā)展的目標(biāo)是表面安裝、高功率和高壓化。
（三）磁集成技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用
所謂磁集成技術(shù)，就是將變換器中的兩個(gè)或多個(gè)分立磁體繞制在一副磁芯中，從結(jié)構(gòu)上集中在一起。集中后的磁件擬稱為集成磁件，該技術(shù)通過一定的耦合方式，合理的參數(shù)設(shè)計(jì)，能有效地減小磁件的體積和損耗。在一定應(yīng)用場合，還可以減小電源輸出紋波，提高電源輸出的動(dòng)態(tài)性能。另外磁集成技術(shù)可以減少連接端，從而有效地減小大電流場合端子的損耗。
集成技術(shù)的發(fā)展歷史已有70余年，目前已能實(shí)現(xiàn)電感與電感集成，電感與變壓器集成，并廣泛地應(yīng)用于電壓調(diào)整模塊，功率因數(shù)校正變換，諧振變換器等場合，隨著未來電源的發(fā)展，新型磁性材料和磁芯將不斷涌現(xiàn)，勢必對(duì)磁集成技術(shù)提出更高的要求，所以此技術(shù)今后的主攻方向是進(jìn)一步拓寬磁集成技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)大應(yīng)用場合，不斷研究適用于新的磁性材料與磁芯結(jié)構(gòu)的磁集成技術(shù)，為電源縮體、減重做出貢獻(xiàn)?！?/HRBIT-RENZHE>
（轉(zhuǎn)載）
