一、新型功率半導(dǎo)體器件
　　
　　20世紀(jì)90年代，功率半導(dǎo)體器件有許多新的進(jìn)展，主要有以下幾方面。
　　
　　1.功率MOSFET和IGBT已*可代替功率晶體管(GTR)和中小電流的晶閘管，使實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源高頻化有了可能。超快恢復(fù)功率二極管和MOSFET同步整流技術(shù)的開發(fā)，也為研制率或低電壓輸出的開關(guān)電源創(chuàng)造了條件。
　　
　　2.功率半異體器件的水平超過預(yù)測(cè)，電壓、電流額定值分別達(dá)到：IGBT-3300V，1200A和2500V，1800A；PowerMOSFET-500V，240A；GCT（GateCommutatedTurn-offThyristor）---4.5kV，4kA，可望取代GTO；二極管---5000V，4000A。
　　
　　3.功率半異體器件的晶片理想材料是碳化硅(SiC)，已做出25mm，40mm晶片，并試制出一批SiC器件樣品，如肖特基二極管---1750V，70mA，正向壓降VF=1.3V；功率MOSFET---750V，15mA，R∞=66mΩ·cm2；晶閘管---950V，6A，通態(tài)壓降3.67V。但SiC器件要達(dá)到實(shí)用化的要求，還需要一定時(shí)間，價(jià)格要進(jìn)一步下降，如小于100美元/片。
　　
　　4.20世紀(jì)80年代，將功率器件與驅(qū)動(dòng)、智能控制、保護(hù)、邏輯電路等集成封裝，稱為智能功率模塊(PIM)或智能功率集成電路(SmartPowerIC)。它與VLSI的區(qū)別是，IPM工作電壓高，可達(dá)15V,環(huán)境溫度可達(dá)+125℃。
　　
　　20世紀(jì)90年代，大規(guī)模頒布電源系統(tǒng)的發(fā)展將IPM的設(shè)計(jì)觀念推廣到更大容量、更高電壓的集成電力電子電路，并提高了集成度，稱為集成電力電子模塊(IPEM)。它將功率器件與電路、控制，以及檢測(cè)、執(zhí)行等元器件集成封裝，得到標(biāo)準(zhǔn)的、可制造的模塊，既可用于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，也可用于、特殊設(shè)計(jì)。優(yōu)點(diǎn)是可快速為用戶提供產(chǎn)品，顯著降低成本，提高可靠性。
　　
　　進(jìn)入21世紀(jì)，功率半導(dǎo)體器件的商業(yè)化水平已經(jīng)很高，IGBT容量已達(dá)4500A/1700V，能夠耗散15kW功率；IPM智能功率模塊7單元150A、1200V已經(jīng)流通多年。功率MOSFET、快恢復(fù)二極管、整流橋、驅(qū)動(dòng)IC等都不可同日而語(yǔ)。這些開關(guān)電源基礎(chǔ)器件的長(zhǎng)足進(jìn)步，為開關(guān)電源的發(fā)展提供了重要的物質(zhì)保證。
　　
　　二、軟開關(guān)技術(shù)
　　
　　PWM開關(guān)電源按硬開關(guān)模式工作，開關(guān)過程中，開關(guān)器件的電壓和電流波形有交疊，因而開關(guān)損耗大。PWM開關(guān)電源高頻化可以縮小體積和質(zhì)量，但頻率越高，開關(guān)損耗越大。為此必須研究開關(guān)電壓和電流波形不交疊的技術(shù)，即所謂零電壓開關(guān)(ZVS)和零電流開關(guān)(ZCS)技術(shù)，又稱軟開關(guān)技術(shù)（相對(duì)于PWM硬開關(guān)技術(shù)而言）。
　　
　　20世紀(jì)90年代中期，30A/48V開關(guān)變換器采用移相全橋ZCS-PWM技術(shù)后，質(zhì)量為7kg，比用PWM技術(shù)的同類產(chǎn)品下降40%。軟開關(guān)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用提高了開關(guān)電源的效率，據(jù)說，zui近國(guó)外小功率DC-DC開關(guān)電源模塊（48V/12V）總效率可達(dá)96%，48V/5V產(chǎn)品可達(dá)92%-93%。20世紀(jì)末，國(guó)產(chǎn)的通信用50-100A輸出、全橋移相ZVZCS-PWM開關(guān)電源模塊的效率超過93%。
　　
　　1994年2月，IEEE電力電子學(xué)會(huì)組織“功率變換技術(shù)2000年展望專題研討會(huì)”，就DC-DC及AC-DC功率變換器的發(fā)展趨勢(shì)需要進(jìn)行探討。會(huì)議指出，“高功率密度DC-DC零電壓開關(guān)變換器”與開關(guān)器件性能、無源元器件性能、封裝技術(shù)等有很大關(guān)系。并預(yù)測(cè)，與1994年對(duì)比，到2000年，在保證可靠性增加一倍的基礎(chǔ)上，功率變換器成本將降低一半，功率密度可提高一倍?，F(xiàn)在，開關(guān)變換產(chǎn)品已超過這一目標(biāo)。
　　
　　三、控制技術(shù)
　　
　　由于開關(guān)變換器的強(qiáng)非線性，以及它具有的離散和變結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，負(fù)載性質(zhì)也是多變的，主電路的性能必須滿足負(fù)載大范圍的變化，所有這些使開關(guān)變換器的控制問題和控制器的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。一些新的控制方法，如自適應(yīng)、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及各種調(diào)制策略在開關(guān)電源中的應(yīng)用，已引起人們的注意。
　　
　　電流型控制及多環(huán)控制（multi-loopcontrol）已在開關(guān)電源中得到較廣泛的應(yīng)用；電荷控制(chargecontrol)、一周期控制(onecyclecontrol)、H∞控制、DSP控制等技術(shù)的開發(fā)及相應(yīng)集成控制芯片的研制，使開關(guān)電源動(dòng)態(tài)性能有很大提高，電路也大幅度簡(jiǎn)化。
　　
　　四、有源功率因數(shù)校正技術(shù)
　　
　　由于輸入端有整流元件和濾波電容，一大類整流電源供電的電子設(shè)備，其電網(wǎng)側(cè)（輸入端）功率因數(shù)僅為0.65，而用有源功率因數(shù)校正技術(shù)（簡(jiǎn)稱APFC）可提高到0.95-0.99，既治理了電網(wǎng)的諧波“污染”，又提高了電源的整體效率。單相APFC國(guó)外開發(fā)較早，技術(shù)已較成熟；三相APFC由則類型較多，還有告待發(fā)展。
　　
　　國(guó)內(nèi)通信電源專業(yè)工廠已將有源功率因數(shù)校正技術(shù)應(yīng)用于輸出6KW、100A的一次電源中，輸入端功率因數(shù)可達(dá)0.92-0.93。
　　
　　五、高頻磁元件
　　
　　1.平面磁心及平面變壓器技術(shù)
　　
　　平面變壓器適用于薄型(lowprofile)高頻開關(guān)變換器，其厚度小于1cm，呈扁平狀。平面變壓器要求磁心、繞組都平面結(jié)構(gòu)，繞組采用銅箔或板形印制電路，省去繞組骨架，有利于散熱，漏感LIK小，集膚效應(yīng)損耗小，用于便攜式(por-table)電子設(shè)備電源及板上電源。平面變壓器的性能與諸多因素有關(guān)，如繞組結(jié)構(gòu)與布置、端部設(shè)計(jì)、銅片厚度、磁心幾何尺寸等?，F(xiàn)在上正用二維有限元法研究RAC和LIK。設(shè)計(jì)zui小的繞組結(jié)構(gòu)，并開發(fā)平面變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件等。
　　
　　據(jù)報(bào)道，國(guó)外已有多家公司開發(fā)了平面變壓器。5W-20KW平面變壓器的體積及功率密度僅為傳統(tǒng)高頻變壓器的20%，一個(gè)手提箱內(nèi)可放總功率達(dá)幾十千瓦的十幾種平面變壓器。效率為97%-99%；工作頻率為50kHZ-2MHZ；漏感小于0.2%；EMI很小。
　　
　　2.集成磁元件
　　
　　將多個(gè)磁元件(如變壓器和電感)集成在一個(gè)磁心上，稱為集成TL磁元件，可減少變換器體積，降低損耗。
　　
　　國(guó)外已有集成磁元件(IntegratedMagnetics,IM)變換器，功率為50W,有5V及15V兩路輸出的正激IM變換器，頻率為100kHZ，變壓器和輸出濾波電感集成在一個(gè)磁心上。例如，應(yīng)用混合功率封裝技術(shù)和集成磁技術(shù)使航空用0.5MHZ、薄型100W半橋式DC-DC變換器的厚度僅0.21in，功率密度達(dá)150W/in3。南非Hofsajer(PESC,1997)報(bào)道了研究集成磁電元件的成果，將5kV·A、ƒ=25kHz串聯(lián)諧振變換器的LC諧振元件(C=500nF,L=60μH)和變壓器(電壓比430：80)集成在一個(gè)平面磁心上，稱為L(zhǎng)CT集成元件。
　　
　　另一種集成磁技術(shù)是陣列式磁元件，將電路中磁元件離散化，形成分布式陣列布置，或形成磁結(jié)構(gòu)層，便磁結(jié)構(gòu)與電路板或其他器件緊密配合，實(shí)現(xiàn)集成化。
　　
　　3.用微加工（micro-fabrication）技術(shù)研制兆赫級(jí)高頻變換器的磁元件
　　
　　微加工是指FinePatterning和薄膜制作技術(shù)，可減少磁心和繞組中的損耗，使變壓器面積小于10mm2，還有可能像VLSI哪樣制造集成功率電子電路，將磁元件、功率電路、控制電路集成在硅片上。借用錄音磁帶的薄膜合金材料，可使高頻磁元件的磁密增高。加州大學(xué)Berkely分校微加工實(shí)驗(yàn)室已研制成10MHz變壓器，開發(fā)了*設(shè)計(jì)軟件，變壓器單位面積功率為20W/cm2，效率可達(dá)90%以上。
　　
　　4.壓電變壓器
　　
　　壓電(piezo-electric)變壓器簡(jiǎn)稱PET，實(shí)際上已不屬于磁元件的范圍。它是利用壓電陶瓷材料的電壓-機(jī)械振動(dòng)-電壓變換性質(zhì)傳送能量的。在高頻功率變換器中應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)輕、小、薄和高功率密度，是20世紀(jì)90年代功率變換領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。研究?jī)?nèi)容包括壓電材料訴損耗評(píng)估、PET設(shè)計(jì)計(jì)算方法、仿真、參數(shù)分析、有限元分析、振動(dòng)速度極限，PET的高頻性能等。PET在高頻變換器中的應(yīng)用已有報(bào)道，如輸出24W、12V的2MHzDC-DC變換器(其中PET電壓比為5:1)；輸出2W，1200V的日光燈電源(PET電壓比為1:20)；冷陰極熒光燈和霓虹燈逆變器等。
　　
　　六、飽和電感的應(yīng)用
　　
　　飽和電感有兩種:可控飽和和自飽和(self-saturable)電感，前者習(xí)慣稱為磁放大器。
　　
　　20世紀(jì)80年代，由于高頻磁性材料，如非晶態(tài)軟磁合金、超微晶勒磁合金等的發(fā)展，使有可能在多路輸出的高頻(>100kHz)開關(guān)電源中，用高頻可控飽和電感作為其中一路輸出(如5V)的電壓調(diào)節(jié)元件，主要輸出（如12V）仍用PWM控制，由高頻可控飽和和電感組成的電路稱為后置調(diào)節(jié)器(post-regulator)或磁放大(magamp)調(diào)節(jié)器，但這里并未按放大器原理工作，因此稱為“磁調(diào)節(jié)器”較合適。其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、EMI小、可靠、，可較地調(diào)節(jié)輸出電壓，特別適合應(yīng)用于輸出電流為1A到幾十安的開關(guān)電源。
　　
　　自飽和電感即帶鐵心（無空隙）的線圈，其特點(diǎn)是電感量隨通過的電流大小自動(dòng)變化，電流足夠大時(shí)，鐵心自動(dòng)進(jìn)入飽和狀態(tài)。如果鐵心磁特性是理想的(如呈矩形)，則自飽和電感類似一個(gè)磁“開關(guān)”。在開關(guān)電源中，應(yīng)用自飽和電感和變壓器二次側(cè)輸出整流管串聯(lián)，可消除二次寄生振蕩，減少循環(huán)能量，吸收浪涌，抑制尖峰，使整流管損耗減小。
　　
　　此外，自飽和電感在移相全橋ZVS-PWM開關(guān)電源中可作為諧振電感，擴(kuò)大輕載下滿足ZVS條件的范圍，并使其占空比損失zui??；在變壓器一次側(cè)串接電容和自飽和電感，可實(shí)現(xiàn)混合ZVZCS-PWM控制。
　　
　　七、低電壓、大電流輸出DC-DC變換器
　　
　　數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的速度和效率日益提高，新一代微處理器的邏輯電壓低至1.1-1.8V，而電流可達(dá)50-100A，其供電電源-低電壓、大電流輸出DC-DC變換器模塊，又稱為電壓調(diào)整器模塊(VoltageRegulatorModule,VRM)。新一代微處理器對(duì)VRM的要求是輸出電壓很低、輸出電流大、電流變化率高、響應(yīng)快等。
　　
　　為降低IC的電場(chǎng)強(qiáng)度和功耗，必須降低微處理器供電電壓，因此VRM的輸出電壓要從傳統(tǒng)的3V左右降低到小于2V,甚至1V。
　　
　　運(yùn)行時(shí)，電源輸入電流大于100A，由于存在寄生L、C參數(shù)，電壓擾動(dòng)大，應(yīng)盡量減少L的影響。
　　
　　微處理器啟/停頻繁，不斷從休眠狀態(tài)啟動(dòng)，工作，再進(jìn)入休眠狀態(tài)。因此要求VRM電流從0突變到50A,又突降到0，電流變化率達(dá)/ns。
　　
　　設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)控制擾動(dòng)電壓≤10%，允許輸出電壓變化范圍在±2%之間。
　　
　　線路的寄生阻抗、電容的ESR和ESL對(duì)VRM在負(fù)載變化過程中的電壓調(diào)整影響很大，必須研制高頻、高功率密度和快速的新型VRM?，F(xiàn)在已有多種拓?fù)鋯柺?，如同步整流Buck變換器(用功率MOS管作為開關(guān)二極管)；為防止電流大幅度變化時(shí)由于高頻寄生參數(shù)引起輸出電壓擾動(dòng)，增大輸出濾波電容、電感；多輸入通道(munlti-channel或multi-phase)DC-DC變換器，應(yīng)用波形交錯(cuò)(interleaving)技術(shù)，保證VRM輸出紋波小，改善輸出瞬態(tài)響應(yīng)，并可減小輸出濾波電感和電容。
　　
　　八、分布電源及并聯(lián)均流技術(shù)
　　
　　分布電源技術(shù)是通過250-425V/48VDC-DC變換器和48V母線電壓給負(fù)載板(board)供電，再通過板上若干個(gè)并聯(lián)的薄型DC-DC變換器，將48V變換為負(fù)載所需要的3-5V。一般DC-DC變換器的功率密度達(dá)100W/in3，效率為90%，并且應(yīng)是可并聯(lián)的。分布電源系統(tǒng)適合于用超高速集成電路組成的大型工作站、大型數(shù)字電子交換系統(tǒng)等。其優(yōu)點(diǎn)是，可降低48V母線上的電流和電壓降；容易實(shí)現(xiàn)N+1冗余，提高了系統(tǒng)可靠性，易于擴(kuò)增負(fù)載容量；散熱好；瞬態(tài)響應(yīng)好；減少電解電容器數(shù)量；可實(shí)現(xiàn)DC-DC變換器組件模塊化；易于使用插件連接；可在線更換失效模塊等。
　　
　　九、電源智能化技術(shù)
　　
　　電子電源微處理監(jiān)控、電源系統(tǒng)內(nèi)部通信、電源系統(tǒng)智能化等技術(shù)的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)外均已較成熟。
　　
　　十、開關(guān)電源的EMI與EMC
　　
　　美國(guó)Virginia工學(xué)院、香港大學(xué)、浙江大學(xué)和清華大學(xué)等均開展了開關(guān)電源的EMI與EMC問題研究，并取得了不少可喜成果。