在未来几年，电源管理产品的发展将围绕节能降耗展开。电源设计周期加快、低待机功耗、高能效以及减小占位面积的要求正在改变传统的电源设计方法。其发展将主要呈现五大特点。 　　电源寿命和效率最大化 　　电池的使用寿命已经是消费者购买产品时非常关注的一个因素。很多消费者甚至宁愿牺牲一些产品功能，也要选择电池工作/待机时 间长的产品。“对于便携式消费类电子产品而言，来自电源的挑战永远都不外乎尽可能地延长电池的供电时间，相信没有哪个消费者愿意购买在电影播放中间需要更换电池的便携式DVD。”Zilker Labs市场营销副总裁Jim Templeton如是说。对此，凌特电源产品市场经理Tony Armstrong也认为，延长电池供电型便携产品中的电池使用时间是推动电源管理市场发展的关键因素之一。 　　体积和成本最小化 　　虽然便携产品的体积在不断缩小，成本也在不断降低，但是在保证性能的前提下，体积更小、成本更低的产品必然更具竞争力。如何使电源管理IC的封装越来越小、封装的厚度越来越薄也是电源管理IC要解决的难题之一。而在缩减成本方面，相信没有哪个商家不精打细算，因为利润永远是商家追逐的目标。对此，TI中国区模拟业务销售总监王剑表示，电源管理面临的关键任务之一就是如何最大化产品的性价比。 　　电压提供多样化 　　现在的便携产品通常都会集成视频、音频、照相/录像、文件存储等多种功能，比如PMP，能够完成音视频播放、录像和文件存储等工作，手机能够拍照、听音乐和上网等。不同功能的实现都需要不同的电压供应，而且要求电压稳定可靠、干净、高效，这也是电源管理面临的一个挑战。“电源管理系统正在日趋复杂化，一个产品通常会需要5V、3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V、0.9V和0.7V等多种电压，如何有效地管理多种电压，并且使之互不干扰，是电源设计中正面临的一个难题。”TI的王剑说。NS亚太区便携式设备电源管理产品市场经理罗振辉说：“便携式电子产品的不同系统需要不同的供电电压，而顺序供电是电源管理集成电路必须面对的复杂问题。” 　　设计时间最短化 　　市场竞争的日趋激烈和产品的快速更新换代使得商家不得不在尽可能短的时间内将产品推向市场，以抢占先机。为此，产品的设计周期也从过去的12～18个月变为6个月甚至更短。这使传统的模拟设计人员面临严峻的挑战。 　　数字电源和模拟电源相结合 　　数字电源是电源市场特别引人关注的话题之一，对这一新产品业界看法不尽相同。面对便携产品对电源管理提出的诸多苛刻要求，电源业者孜孜以求，不断开拓创新。一方面，传统的模拟电源方案经历了数十年的不断发展完善，在很多应用领域已堪称理想之选；另一方面，在传统模拟方案比较棘手的领域，如减少控制回路的元件数目、增强系统稳定性、实现灵活的可配置能力和通讯能力等方面，电源业者也已经另辟蹊径，冲出了传统模拟技术的樊篱，开始涉足数字电源技术。 　　在简单易用、参数变更要求不多的应用场合，模拟电源具有优势，因为其应用的针对性可以通过硬件固化来实现；而在可控因素较多、实时反应速度更快、需要多个模拟系统电源管理的复杂高性能系统应用中，数字电源则具有优势。 　　更高集成度的模拟电源系统以及更先进的数字控制系统将是新一代电源管理技术的发展趋势。衡量模拟电源性能的重要参数如PSRR、效率、静态电流、外置元件体积等都有进一步改善的空间，而无源元件则应置于芯片内或完全不用。未来的电源管理系统必须采用高速数字控制接口才能满足不断提高的频率要求。 　　目前的许多“数字电源”和“数字控制电源”最简单的含义是通过数字接口控制开关稳压器，这可能包括通过I2C或类似的数字总线控制输出电压、开关频率或多通道电源的排序，启动、裕度控制、加电和断电排序等等都可以通过一个或多个数字信号控制。实际上，目前市场上的很多电源管理集成电路都以这种方式工作，通过数字接口控制模拟开关稳压器。 　　第二个含义是给前面的定义加上所谓的“数字遥测”。在这种情况下，提供额外的控制功能以监视开关电源的状态，如温度、输出电流、输入电流、输入电压和输出电压等，并根据需求或者周期性地向主机报告。ID标记、故障状态信息甚至时间标记事件等其他信息也可以存储在片上非易失性存储器中，并在将来某个时间报告这些信息。具有大量数字集成电路的高端系统是这类数字电源的目标市场，而较低成本的消费类产品可能不需要这样的电源。 　　第三个也是最野心勃勃的数字电源含义是用数字电路彻底取代开关稳压器中的所有模拟电路。据说这样将使开关稳压器更容易设计、配置、稳定、调节和销售。更进一步的理由是，通过编写几行简单的代码，一个核心数字电源集成电路就可以配置成升压稳压器、降压稳压器、负输出、SEPIC、反激式或正激式转换器，但是从根本上来说，电源是模拟的。甚至用ADC和DSP取代误差放大器和脉冲宽度调制器的数字开关稳压器也仍然需要电压基准、电流检测电路和开关或FET驱动器。此外，电感器、变压器和电容器在实现数字电源时也是不可或缺的。所以数字电源难以摆脱模拟电路，最终还是一个与模拟电源相结合的结果。

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PWM型开关稳压电源是一个闭环控制系统,其基本工作原理就是在输入电压、内部元器件参数、外接负载等因素发生变化时，通过检测被控制信号与基准信号的差值，利用差值调节主电路功率开关器件的导通脉冲宽度，从而改变输出电压的平均值，使得开关电源的输出电压保持稳定。

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开关电源中的电流型控制模式

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电路描述 　　μA741型运放OA可工作在电源电压为±（3～18）V之间，电源端和接地端分别记作V＋、V－和G，其中2=V＋。图1中OA2为一积分器，它的输出电压VC是一三角波，其频率f=1/T可由电位器R4调节。OA1为一谐振器，它的输出电压VB是一频率为f的矩形波。OA3用做比较器，它的输出电压VD是一矩形脉冲，其导通占空比k可由电位器R7调节。 　　首先，假设当t=0时VB=V＋，通过电阻R2正 图1罗氏谐振器 反馈给OA1。这使得OA1的输出电压保持VB=V＋。同时，VB通过R4输入OA2，因此OA2的输出电压VC按斜率1/（R4C）减少至mV－。电压VC通过R3负反馈给OA1。（通常令R3略小于R2，其比率定义为m=R3/R2）。A点的电压VA在时间段2mR4C由[2mV＋/(1＋m)]变至0。因此，电压VA向负值减少，导致在t=2mR4C时，OA1的输出电压VB=V－，电压VA跳至[2mV－/(1＋m）]。同理，当t=2mR4C时，VB=V－，并通过电阻R2正反馈给OA1。这使得OA1的输出电压保持VB=V－。同时，VB通过R4输入OA2，因此OA2的输出电压VC按斜率1/R4C增加至mV＋。电压VC通过R3负反馈给OA1。A点的电压VA在时间段2mR4C内由[2mV－/(1＋m)]变至0。因此，电压VA向正值增加，导致在t=4mR4C时，OA1的输出电压VB=V＋，电压VA跳至[2mV＋/(1＋m)]。 　　VC输入0A3，并通过R6和偏移信号Voff－set进行比较，偏移信号可由电位器R7进行调节。当Voff－set=0，OA3的输出电压VD是一系列导通占空比k=0.5的脉冲。当Voff－set为正值时，与电压VC的交点上移，因此OA3的输出电压VD是一系列导通占空比k0.5的脉冲，如图2所示。导通占空比k由Voff－set通过电位器R7控制。 　　计算公式如下：,, 　　PWM脉冲列VD通过一耦合电路提供给DC/DC变换器的开关，如功率晶体管、MOSFET或IGBT。电压VA、VB、VC和VD的波形如图2所示。 　　设计实例：罗氏谐振器的内部电路如图1所示，其元件参数为：R0=10kΩ；R1=R2=R5=100kΩ;R3=R6=95kΩ;R4=510Ω～5.1kΩ;R7=10kΩ;C=5.1nF。因此有：m=0.95频率f=100kHz～10kHz，导通占空比k=0～1.0。

移相全桥ZVT软开关变换技术 　　双零变换技术中，ZVT变换技术应用比较普遍，主要用于高频有源PFC和DC/DC变换电路。ZVT变换的基本工作原理是辅助开关管与谐振电路共同工作，使主开关管实现零电压开关。 　　ZVT变换技术的主要优点有： 　　（1）定频PWM变换，与以调频形式工作的ZVS变换相比，变压器和滤波电抗器的设计比较容易，利用率也比较高； 　　（2）在主开关管开通和关断的过程中，采用部分谐振技术，实现软开关变换，大大降低了开关损耗，提高了工作效率； 　　（3）主开关管导通时流过的电流和关断时承受的电压与硬开关PWM变换相近，比双零开关变换成本低，可靠性高； 　　（4）软开关变换，电磁干扰（EMI）小。 图1移相全桥变换电路 　　ZVT变换技术典型的应用是移相控制的全桥式变换电路，其基本电路如图1所示。 　　VDA、VDB、VDC、VDD分别是开关管VA、VB、VC、VD（这里以IGBT为例）的等效反并联体二极管；CA、CB、CC、CD分别是VA、VB、VC、VD的等效输出电容（结电容）；L1为一次侧电路引线电感LX、变压器一次侧绕组漏感LL和外加电感L之和，即 图2移相PWM控制波形 L1=LX＋LL＋L（1） 　　开关管采用移相式PWM控制方式，控制波形见图2。 　　由此可见，移相全桥变换电路四个开关管既为主开关管，又互为辅助开关管，既不增加开关管数量，又吸收了分布参数作谐振电路参数，实现零电压转换[1]。 3ZVT软开关变换电路中的应用设计 　　移相全桥ZVT软开关变换电路可以用于设计许多类型的开关电源变换装置，设计方法和过程都是相似的。由于主电路确定为全桥式逆变电路，集成控制芯片一般选UCX875～79或者ML4148，所以最主要的设计内容归结为两点：一是根据散热平衡优化设计ZVT软开关变换谐振参数，二是控制系统的环路设计。

工作原理 2.1电压控制型的基本原理 　　电压控制型原理如图1所示。电源输出电压UO与参考电压Uref比较放大，得到误差信号Ue，再与斜波信号比较后，PWM比较器输出一定占空比的系列脉冲，这就是电压控制型的原理。其最大缺点是：控制过程中电源电路内的电流值没有参与进去。众所周知，开关电源的输出电流是要流经电感的，故对于电压信号有90度的相位延迟，然而对于稳压电源来说，应当考虑电流的大小，以适应输出电压的变化和负载的需求，从而达到稳定输出电压的目的，因此仅采用输出电压采样的方法，其响应速度慢，稳定性差，甚至在大信号变化时，会产生振荡，造成功率管损坏等故障。 2．2电流控制型的基本原理 　　电流控制型正是针对电压控制型的缺点而发展起来的，从图2可以看到，它除保留了电压控制型的输出电压反馈外，又增加了一个电流反馈环节。所谓电流控制型，就是在脉宽比较器的输入端将电流采样信号与误差放大器的输出信号进行比较，以此来控制输出脉冲的占空比，使输出的峰值电流跟随误差电压变化。 　　电流控制型的工作原理是采用恒频时钟脉冲置位锁存器，输出脉冲驱动功率管导通，电源回路中的电流脉冲逐渐增大，当电流在采样电阻RS上的幅度达到Ue时，脉宽比较器状态翻转，锁存器复位，驱动撤除，功率管截止，这样逐个检测和调节电流脉冲，就可达到控制电源输出的目的。 图2电流型控制原理 如下：当接通电源后，Ui经R1加至7脚，当7脚电压上升至17V时，UC3842起振，V4导通，电流通过变压器T1的1、2端，并经V4，R7到地，此时T1的4、5端感应出负电压，V5、V3反偏，两绕组均不耗能，变压器T1储能。其振荡频率及导通时间由UC3842来控制。当V4由导通转为截止后，二极管V5、V3正向导通，两绕组均开始耗能，一组为芯片供电，另一组为负载供电。其稳压原理如下：若输出电压因负载变轻而抬高，此时流过光耦N2的发光二极管发光强度增加，三极管内阻变小，从而使加至2脚的电压变高，通过与内部误差放大器比较，使6脚输出导通 2．3电流控制型的主要优点 　　（1）线性调整率（电压调整率）非常好，可达0.01％/V，可与优良的线性稳压器媲美，这是因为UCC的变化立即反映为电感电流的变化，它不经过误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度，再加一级输出电压U0至误差放大器的控制，能使线性调整率更好。 　　（2）明显地改善了负载调整率，因为误差放大器专门用于控制由于负载变化而造成的输出电压的变化。特别是使轻载时电压升高的幅度大大减少。从1/3负载至满载，负载调整率降至8％，2/3负载至满载，负载调整率降至3％以下。 　　（3）简化了过流保护电路（电流限制电路）。由于RS上感应出峰值电感电流，所以自然形成脉冲限流电路。这种峰值电感电流感应检测技术可以灵敏地、精确地限制最大输出电流，所以整个开关电源中的磁性元件（高频变压器）和功率元件（高压开关管）不必设计较大的余量，就能保证稳压电源工作可靠，成本降低。 　　（4）误差放大器的外补偿电路简化，改善了频响，具有更大的增益－带宽乘积。由于电感电流是连续的，所以RS上检测出的峰值电流能代表平均电流。整个电路可看作是一个误差电压控制电流源。变换器（误差放大器）的幅频特性由双极点变成单极点，因而可以改善整个稳压器的特性。

3.1电流控制芯片的结构 图3UC3842内部电路图及引脚图 　　由于电流控制型较电压控制型有不可比拟的优越性，所以近年来发达国家竞相开发电流控制型芯片，以促使这一技术走向实用化，其中常用的UC3842的外电路接线简单，所用元件少，并且性能优越，成本低廉，驱动电平非常适合驱动MOS场效应管。图3示出了UC3842的内部电路框图和引脚图。UC3842为固定工作频率脉宽调制方式，输出电压或负载变化时仅调整导通宽度，它共8个脚，各脚功能如下：1脚，内部误差放大器；2脚，反馈电压输入脚，此脚电压与内部2.5V基准进行比较，产生控制电压，从而控制脉冲宽度；3脚，电感电流传感器，当取样超过1V时，缩小导通脉宽，使电源处于间隙工作状态；4脚，定时端，外接定时电阻Rt及定时电容Ct，f=1.8/（Rt×Ct）；5脚，地；6脚，输出端，内部为图腾柱式,上升、下降时间仅50ns，驱动能力为±1A；7脚，供电输入，起振后工作电压为10～13V，低于10V停止工作，功耗为15mW；8脚，内部基准电压，电压5V，电流50mA。 3．2UC3842组成的实用电路工作原理 　　由UC3842组成的实用电路见图4，其工作原理 图4UC3842组成的实用电路图 宽度变窄，达到稳压目的。 　　过流保护原理：当负载电流超过额定值或输出短路，引起开关管V4电流增加，R7上的电压反馈至3脚，当R7上的电压大于1V时，通过内部电流放大器使导通宽度变窄，输出电压下降，同时也使UC3842工作电压下降。当下降至整定电压以下时，过流保护电路工作，达到保护功率管的目的。短路现象消失后，电源自动恢复正常工作。 　　过压保护：当因某种原因使输出电压过高时，稳压管V6导通，从而触发晶闸管V7导通，使输出端短路，可见过压保护是以过流保护的形式出现的。

1AC/DC开关电源市场预测 　　（1）额定功率按AC/DC开关电源的额定功率大小分类，各类电源市场占有比例及年增长率示于表1。251－500W电源在1992年占有比例21.5％，而到1996年却下降到15.8％，近年来低功率及高功率电源占比例上升较快，其中1001－1500W电源消费增长率是最高的，预见年增长率可达16.5％，主要需求是非军用的、商用的要求大量输出电压较低而输出功率较高的AC/DC开关电源。 表1按额定功率大小分类，AC/DC 开关电源的市场（百万美元）及年增长率 功率范围 预计 平均年增长率 1996 1998 2001 2000W以上 1501－2000W 1001－1500W 751－1000W 501－750W 251－500W 151－250W 76－150W 25－75W 小于25W 261.1 189.4 239.5 196.7 300.8 425.2 426.3 274.8 232.6 125.3 328.2 234.8 324.7 251.4 384.0 542.7 534.5 347.4 291.1 152.2 456.6 325.2 514.7 364.4 554.8 785.4 752.2 495.8 408.4 204.1 11.8％ 11.4％ 16.5％ 13.1％ 13.0％ 13.1％ 12.0％ 12.5％ 11.9％ 10.2％ 总计 2,671.7 3,389.0 4,861.6 12.7 　　（2）用户应用领域 　　按AC/DC开关电源的用户应用领域分类，各类电源市场占有比例及年增长率示于表2。从表2数据可见，远距离通讯和数字网络交叉应用领域的蓬勃发展，包括发射装置、专用交换机异步传送开关（ATM）、远程存取LAN设备、电视会议设备的发展，均会促进对机内AC/DC开关电源的需求。因此。用于远距离通讯和数据通讯机内的AC/DC开关电源的年增长率可达15.1％。而计算机和办公室自动化用的机内AC/DC开关电源将继续保持最大的消费份额，但是增长率将不如前者。在工业和仪表市场消费领域，国内外对新型、先进医疗和实验设备，包括医用监视器、通风和验血设备用的AC/DC开关电源需求将日益增长。除此以外，工业过程控制机、操作控制台、测试和测量仪器用的电源将在工业应用领域中占领先地位。与人们想象相反，军用/航空领域对AC/DC电源的需求并未下降。总的来说，到2001年，对AC/DC开关电源的需求平均每年增长12.7％。 图1美国电源工业市场的结构和分布 表4按用户应用领域分类，各类DC/DC 开关电源市场占有比例及年增长率 用户应用领域 预计 平均年增长率 1996 1998 2001 远程及数据通讯计算机/办公自动化工业/仪器军事/航天 304.6277.185.078.1 404.0363.1105.286.3 618.0545.3145.2100.2 15.2％14.5％11.3％5.1％ 总计 744.8 958.6 1,408.7 13.6％ 表3按额定功率大小分类，DC/DC 开关电源的市场（百万美元）及年增长率 功率范围 预计 平均年增长率 1996 1998 2001 750W以上 501－750W 251－500W 151－250W 101－150W 51－100W 26－50W 16－25W 6－15W 1－5W 小于1W 81.3 70.0 70.4 91.3 95.9 130.2 62.5 51.0 31.7 43.3 8.2 99.6 92.4 94.51 20.7 118.7 174.2 80.5 69.7 42.7 55.0 10.6 134.9 140.7 149.3 184.5 164.2 244.5 118.3 111.3 66.9 78.8 15.3 10.7％ 15.0％ 16.2％ 15.1％ 11.4％ 11.0％ 13.6％ 16.9％ 16.1％ 12.7％ 13.3％ 总计 744.8 958.6 1,408.7 13.6％ 技术要求 目前水平 预计2002年水平 成本 0.25～0.6美元/W 0.15～0.5美元/W 功率密度 2～4W/立方英寸 3.5～6.0W/立方英寸 输出电压 3.3～50V 2.5～50V 可靠性（MTBF） 5×105h（0.5兆小时） 106h（1兆小时） 控制 200kHz，带PFC 400kHz，带PFC 功率拓扑 两级正激 单级PFC/集成PFC 其他 　 开关：MOSFETS（GaAs），快速恢复二极管反向恢复速度加快3～10倍磁性材料：磁损减小两倍，高温绝缘体电容器：高功率密度用塑料薄膜电容器，容量密度提高2～3倍组装：混合组装工艺，更多采用表面贴装工艺 表5500W以内的AC/DC变换器技术的主要发展趋势 表2按用户应用领域分类，各类AC/DC 开关电源市场（百万美元）及年增长率 用户应用领域 预计 平均年增长率 1996 1998 2001 计算机/办公自动化 远程及数据通讯 工业/仪器 军事/航天 其它 1,417.5 761.9 333.3 124.4 14.6 1,807.1 1,035.8 399.8 129.4 16.9 2,600.8 1,579.9 522.5 137.3 21.1 12.9％ 15.1％ 9.4％ 2.0％ 7.5％ 总计 2,671.7 3,389.0 4,861.6 12.7％

2DC/DC变换器市场预测 　　（1）功率定额按DC/DC开关电源的额定功率大小分类，各类电源市场占有比例及年增长率示于表3。从表3数据可见，51－250WDC/DC开关电源在过去四年中占的份额最大。由于微处理器的高速化，DC/DC开关电源由低功率向中功率方向发展是必然趋势。一般说来，DC/DC开关电源在低功率范围增长率最快，其中16－25WDC/DC开关电源的增长率最高，这是因为它们大量用于直流分布式电源，而直流分布式电源正广泛地用于测试和测量设备、计算机显示系统、坚固可靠的计算机和军用通讯系统。251－500WDC/DC开关电源增长率则居于第二位，它们主要用于服务性的医疗和实验室设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通讯及其它发送设备。51－100WDC/DC开关电源在1996年占的份额最高，但预见增长率较低。 　　（2）用户应用领域按DC/DC开关电源的用户应用领域分类，各类电源市场占有比例及年增长率示于表4。从表4数据可见，与AC/DC电源情况类似，DC/DC开关电源在远程通讯和数字通讯领域，年增长率最高，达15.2％。 2小功率变换器在今后五年内的发展趋势 　　文献[2]就美国10－25W及50－200WDC/DC变换器及500W以内的AC/DC变换器三类变换器的技术、价格现状和未来发展趋势作了综合的对比，分别示于表5、表6、表7。从中我们可以看出，小功率变换器在今后五年内的主要发展趋势是：为适应超高速CPU芯片的迅速发展，DC/DC类变换器向低输出电压（最低将低到1.2V）、低成本、高输出电流、高频化（400～500kHz）、高功率密度、高可靠性（MTBF≥106h)、高效率的方向发展。 3低压大电流DC/DC变换器的技术方向 　　如前所述，现代微处理器和一些超高速的超大规模集成电路芯片，如IntelPenitumPro等，要求运 图2交错叠加型准方波抵消纹波的变换拓扑原理图 表610～25WDC/DC变换器技术的主要发展趋势 技术要求 目前水平 预计2002年水平 成本 0.25～0.5美元/W 0.1～0.25美元/W 输入电压 9～12V 1.5～12V 输出电压 3.3～12V －1.2,3.3V 可靠性（MTBF） 数兆小时 数兆小时 控制 　 同步整流器 功率拓扑 Buck/线性 同步开关电容 效率 85％～90％ >90％ 其他 　 磁性材料：铁氧体贴装在硅片上，铁氧体上贴装硅片电容器：新型的塑料电容器组装：多芯片组装 行在低电压（2.4～3.3V）、大电流（>13A)状态,而直流母线电压通常为5～12V。这样就对其供电电源(电压调整模块－VRM)提出了新的挑战，见文献[4]。要求VRM具有非常快速的负载电流动态响应,在保证足够小体积的同时,具有较高的效率。表8给出了现代微处理器对VRM有要求: 表8现代微处理器对VRM的要求 　 目前 将来 输出电压 2.1～3.5V 1～3V 负载电流 0.3～13A 1～50A 允许输出电压的变化 ±5％ ±2％ 去耦电容器电流变化率 1A/ns 5A/ns 　　为了使VRM具有快速的负载电流动态响应,传统的解决办法是VRM的输出端并联很多容量很大、等效串联电阻很小的去耦电容器。显然，该方法存在如下问题： 　　（1）去耦电容器体积很大，而现代微处理器对VRM的体积有严格的要求； 　　（2）去耦电容只能改善动态响应的最初阶段，对后阶段及总的动态响应时间没有作用。 　　为此，文献[3]提出了一种交错叠加型准方波抵消纹波的变换拓扑结构。其原理如图2所示。 　　表9比较了该方案与传统采用大容量去耦电容器方案的结果。结果表明，该结构在保证要求输出纹波的前提下，不但可以大大减小输出电容器的容量， 技术要求 目前水平 预计2002年水平 成本 0.25～1.0美元/W 0.15～0.5美元/W 功率密度 54.3W/立方英寸(300W) >108.6W/立方英寸 　 29.6W/立方英寸(50W) >59.2W/立方英寸 输入电压 24,48V 24V,48V 输出电压 3.3,5,15V －1.5,2.2,3.3,5,15V 可靠性（MTBF） 1～10Mh 20Mh 控制 400～500kHz 400～500kHz 功率拓扑 正激带有源箝位 正激带有源箝位，双正激 效率 85％～90％ >90％ 其他 　 开关：MOSFETS（GaAs），导通电阻减小两倍，较低的门极驱动电压磁性材料：更多地采用集成磁心电容器：容量密度增加2～3倍组装：增加模块化，多芯片组装 而且能大大减小VRM的输出滤波电感的电感量。 表9与传统大容量退耦电容器方案的比较结果 　 交错叠加型准方波VRM 传统VRM 总电容量 1520μF 7000μF 输出滤波电感的电感量 320nH(×2) 3.8μH 动态电压跌落 100mV 150mV 除此而外，为了提高VRM的动态响应，还必须力求减小供电母线的引线电感。最有效的办法是将VRM作成“装在印制板上”的形式，直接装在负载附近，而不采取集中电源供电的形式。另一方面，还要求VRM本身具有十分小的引线电感。为了保证VRM具有足够高的效率，必须采用同步整流和漏感很小的平面超薄型的变压器[3]。目前，美国能生产这类新型DC/DC变换器—VRMs（VoltageRegulatorModules）的生产厂主要有Astec,Celestica和VXI。 　　此外，未来的开关电源系统中另一个迅速发展的趋向是集成功率保护系统—IPPS（IntegratedPowerProtectionSystem）。目前，在这个市场做得最好的公司是加拿大的Amsdell公司，它的新工艺使成本减到可与PS/2电源相比拟。

讨论 　　（1）把电源设备看成产品，用户选用产品时用适配性的原则去考虑，即将电源的各种参数、性能看成电源的适配性。这样更容易实现最合理的选配。从这一点出发还可以按适配性对电源产品进行分类。这个认识仍将电源与负载分别作为独立的两个设备，它们之间存在适配性的关系。 　　（2）在狭义范围内将适配性定义为“电源设备与负载组成一个系统”在特定的条件下运行时，该电源的稳压和暂态供电指标能满足预期的要求。电源与负载所组成系统的这种特性称之为适配性。这里又提出一个新的观点，即“电源与负载组成一个系统”，在特定条件下这个观点有益于推动电源产品的研制。 　　（3）举例阐明这个观点。稳压稳频电源受到阶跃负载扰动时输出电压和频率有一过渡过程。为获得较小的过冲及稳定时间，早期曾采取大马拉小车的办法。这不仅增加初期投资，且运行及维修费用也相应增加。将电源与负载组成一个系统，调节器的控制量不仅取自电源的输出量，而且将扰动的参数变化引入调节器。结果大大降低了过冲和稳定时间。值得注意的是“组成一个系统”后，使得若干技术措施得以应用于这“一个系统”。 　　因此，电源与负载组成一个系统，按系统的要求来研制电源设备，将有助于获得更高技术性能的电源来满足特定负载的需求。 　　（4）电源与负载组成一个系统对电源的性能考核增添了新的内容，即根据运行特点归纳出特定项目的试验条件和试验方法。这类试验的内容可能是多种多样的，统称适配性试验。稳压电源用于雷达装置的适配性考核是一个例子，雷达运行对电源设备是强烈且频繁的冲击性负载，如果电源动态特性差则易引发故障甚至系统不稳定。这在现场条件下难以鉴别、判断和维修。针对这个情况设置了相应的适配性试验项目，用试验的方法预先考核电源用于雷达的适配能力。新研制的有效值稳压电源先经适配性试验，然后与多种型号雷达配用取得良好的效果。 　　适配性试验的项目设置、试验条件、试验方法必须有效地再现原有系统的运行状况，使得适配性试验结果可直接用来判断实际运行情况。 　　（5）未来电源的适配性研究是电源产品发展的方向之一。例如纳米技术的应用引起各方的充分关注，与之相适应的电源研究是个重要的发展分支。 　　（6）适配性也涉及电源产业的生产管理。例如供需双方原有的关系中一方是出产品，另一方是选用。现在看起来这只是两者关系的一个方面。另外还可以由用户提出要求，制造厂从设计到制造的全过程都必须满足该特定的需求。

交流电源适配性的分类 　　常用电源设备有交流与直流两大类。表征电源与负载间适配关系的主要内容来自电源的各项性能指标，这里以交流稳定电源为对象讨论其适配性的内容，当然其中包含许多与直流电源有共性的部分。 　　（1）安全要求设备类别、电气间隙、爬电距离、绝缘电阻、绝缘强度、机内接地的导电电阻、温升、泄漏电流、外壳防护等级、保护功能。 　　（2）环境适应性温度、湿度、海拔、振动、冲击、运输、三防（防潮、防霉、防盐雾）、有害粉尘、蒸汽或油雾、含易爆物质的环境、放射性幅射。 　　（3）稳定工况下的供电性能容量、电压、频率、输出电流、输入电压范围、稳压精度（源电压效应、负载效应、波形畸变效应）、相对谐波含量、电压不对称度增量、输出电压漂移、负载能力（负载功率因数、不平衡负载、过载能力）。 　　（4）动态性能输入电压阶跃、负载阶跃、低功率因数负载阶跃、直接起动异步电动机、稳定工况下电压波动、开（关）机过冲幅值。 　　（5）平均无故障工作时间（MTBF） 　　（6）电磁兼容（EMC）电源干扰的情况，可以从持续期很短的尖峰干扰到完全失电之间变化。其中包括电压跌落、浪涌与中断、频率变化、波形失真、持续噪声及瞬变。当然不是所有这些都会影响设备的正常工作。这里列出电源进线造成危害的主要几项干扰： 　　1）电压跌落指电压低于正常值，时间大于1周期至数小时。 　　2）尖峰电压持续时间约几十us到几个ms，尖峰幅度在正常电压的150％至6000V。 　　3)振铃干扰是一种振荡幅度随时间迅速衰减到零的一串高速脉冲列。频率400Hz～5000Hz，峰值超过正常电压数倍甚至更高。 　　4）电压浪涌情况与电压跌落相似，大约在半周期到1s时间内，属于一种持续的电压升高过程。 　　（7）其它效率、噪声、外形尺寸、质量、制造成本。 　　（8）与用电设备生产工艺相对应的电源功能以变频器为例，应用很广泛，主要用于实现有特定要求的传动控制。例如：加工中心的传动控制，可实现极高的加工精度、复杂程度和高生产率；用于电动车辆传动，达到舒适、操纵灵活、高速、安全的目的；高速电梯的传动必须在满足舒适性的前提下加、减速特性及高速运行；矿井提升机和大型轧机的传动系统在高度可靠的前提下都能满足严格的工艺要求又有良好的经济性；1990年一份访美报告中提到橡树岭国家实验室开发的“高级马达”，与之配用的调速系统可精确控制速比为1：100000的水平。仅这些例子就充分表明变频器这类交流电源可以满足众多不同的工艺要求、性能较高且经济性良好的传动需求。这些均可归 纳为此类电源设备的适配性。

2企业发展策略举例与分析 　　山东省汶上县无线电厂是一个仅有200名员工的县级国营企业，生产风光牌变频器，是90年代国家重点推广的高科技产品，被列为国家经贸委1998年国家级技术创新项目，产品性能达到90年代进口产品水平；目前已能生产300kVA以下系列，在山东、河北一带市场看好，并已向高压变频器领域冲击。诚然，风光牌尚无名牌效应，在21世纪想站稳脚跟，还需经历一番较量。然而今天的成功却值得同行们引发思考，从分析同类企业的历史中找出答案。 人们不会忘记，20世纪末有那么多的无线电厂（甚至是地区支柱产业）在国际国内市场的激烈竞争中，没能躲过负债累累而相继解体、被兼并甚至破产的命运。而一个综合实力并不强的县级国营企业竟然能扎扎实实，悄然崛起，充满生机与活力。这不得不归功于企业领导核心坚定不移走自行研制开发道路的决策。20世纪后期，无线电类企业大致作了三种发展类型的选择来与命运抗争。第一种是继续凭借实力发展电视机等系列产品、上台阶，并经受国际市场的冲击；第二种是转向当时市场情况尚好的仪表类产品；第三种选择是转向电力电子变频器生产。其中，第一种选择的结果，只有熊猫、长虹等几大家名优系列经受住国际市场冲击，生存下来，形成了市场割据鼎立局面；综合实力偏弱的无线电厂由于没能及时改变产品结构，均在激烈的市场竞争中败阵。第二种选择，因瞄准市场行情，改变了产品结构，因此有过一段时期的繁荣；但由于只瞄准市场当时的行情，缺乏科学预见，当市场趋于饱和，又有国外更新换代产品形成强劲压力的时候，就逐渐陷入困境。与第一种选择相比，第二种选择仅仅延缓了败阵的时间，没有可持续发展的后劲儿。这说明，在认清形势后，选择改变产品结构的决策是正确及时的，但究竟选择什么样的主导产品仍需慎重行事。第三种是转产强电的变频器或其它电力电子产品。这一主导产品的定位体现了决策的科学性和可持续性。因为在80年代末，90年代初，这片市场特大，几乎是未开垦的处女地，因而也成为各跨国集团争夺的主要目标。在第三种选择中又有两种做法：一种是成套引进国外技术，组装流水线，实质上是加工型的，各地区重复引进，耗资巨大。经过一段时间的努力，当产品问世时，遇到市场竞争的对手，往往都是同一个技术的输出国。由于别人已经有了售价更低、性能更好、功能更强的换代产品。引进技术的企业还没等收回投资，就可能被挤垮。这样的企业会比前两种选择的企业垮得更惨，因为电力电子产品的投资要比电视机、仪表类产品大得多。国家吃了大亏，企业的生存发展也受到严重威胁。得到稳步发展的是第三种选择中的另一种做法，即：参考国内外新技术，根据国情自行研制开发电力电子产品，以优质服务和优惠的价格弥补外观、体积、可靠性方面略低一筹的不足。汶上县无线电厂正是从这一做法中走出困境的。这里县级企业平均工资低于城市，反而降低了成本。特别是该企业逐步从通用产品转向专用变频器配套，可 以减少多余功能，简化软硬件，进一步降低成本，从而避免正面商战，从国内外强手“火拚”的夹缝中找到生存空间，先入为主地将专用产品配套市场长期巩固下来。 　　现在国内少数站住了脚跟，具有地区或全域优势的变频器、电源厂家大多是从自行开发或延伸开发中走过来的。 　　又如民营股份制企业合肥三宇电器有限公司，自行研制生产IGBT逆变弧焊机特种电源，已占有全国近二分之一的市场份额。它也没有很强的综合实力，但从一起步就找对了产品方向，运用高科技解决了保护单元的可靠性问题，加之营销策略得当，便有了今日滚动发展的格局。这与它所在的安徽工业科技综合水平偏低，基础相对薄弱的现状形成了强烈反差。当相邻电子行业首创VCD的“万燕”，实力强劲的“扬子”均相继被省外兼并的大环境下，“三宇”却能在省内电力电子工业一片苍白的困境中，经历东南亚金融危机的全局性冲击，进入持续快速发展的轨道。其经验能为同行所借鉴。 科学决策、正确选择主导产品为企业带来了发展的勃勃生机。但在知识经济时代，如不能把握升级换代，裂变多分支的契机，企业也难以保住持久的兴盛。境内久负盛名的台资企业戴正耀先生的普传变频器在国产或合资变频器生产厂家中，市场占有率已排名第三，是台岛电力电子行业中的佼佼者，实力雄厚，却能居安思危，从通用变频器“性价比”竞争日趋狭窄的空间中，抽身跨越西方人锁定的产品模式，寻求绿色功率变换技术领域由本国专家学者开拓的思路，进行新类型开发。戴先生敏锐地注意到，本国1991年就有人获得高正强度CTA技术的发明专利，并在国际国内发表，而美国1996年才有类似专利问世。在弄清CTA技术十年徘徊的大致原因（见“绿色变换发展之我见”一文，本刊后期发表）后，他在该技术基础上实现CTA功率变换器及其变形系列的心愿顿起，并不失时机地迅速作出分两步走、滚动发展的灵活安排。现在的开关－线性复合功率变换（CTA）技术，已在90年代初原始拓扑的基础上派生出几类分支，可以有很宽的应用领域。为之奋斗5年的马鞍山市华宝电气公司（华东冶金学院CTA技术参股）终于有机会将无资金、无市场开拓能力，仅有顶尖成果的历史结束在跨世纪阶段，全体员工（含华东冶金学院的兼职科技人员）终于可以看到胜利的曙光将于“再坚持一下的努力之中”到来。无疑，无论技术方还是未来的投资方都意识到：“靠自己”“锲而不舍”，才有自己的未来，才有民族的未来；自己先做的，技术与市场的主动权才属于自己。 以上介绍的企业发展实例从不同侧面反映了企业发展步入良性循环的一些关键性问题，不能囊括各类企业的情况和提供更贴切的借鉴。文中举例与分析之目的仅在于引发思考，催人触类旁通。

3产学研结合推动科技成果转化之关键 由于中国尚未形成实力雄厚、具有专门科技成果转化功能的专业公司，“科技成果转化难”的现实促使许多企业宁愿走“拿来主义”的道路，电力电子领域的这种情况更为突出。因此，产学研结合推动科技成果转化，取代国外专业公司的功能成为有中国特色的一条发展道路。 产学研结合的道路上各种障碍较多，使企业的发展不能更多地得益于本国的前期科技投入。以下仅就合作方的配合问题进行分析。 来自合作各方的障碍主要是认识上的盲区。例如，不是所有企业都能实施“拿来主义”；不是所有高校均能提供成熟度接近产品的成果。于是产学研结合往往只在大的集团公司和名牌大学之间产生较好的科技成果转化效果。然而，一般学校也不乏有顶尖的高科技成果，不乏有创造性思维的科技精英。鉴于财力与实践条件的限制，成果的成熟度往往离产品还有相当的距离。企业认为自己的主要负担在养人，欲等高校再做些工作才去接纳；高校教师课外时间搞研制，不仅效率低，制造工艺不过关，使一些很有创新思路的工作被延误。学术上的领先没有机会转化为产品上的领先。企业家若能像戴先生那样甘冒一点经济技术风险，多一点民族自信，才有可能为自己争得市场应变的技术贮备。为了成为新型产品第一人，就必须根据潜在市场需求和几年内市场变化趋势科学预测，提前接纳成熟度有限的科技成果，创造二次开发的条件。为了减少风险，等到市场需求完全明朗化后才动手开发，就不免落后于人。因为在你看到前景的同时，别人也看到了；放弃了捷足先登，就多了竞争的对手。综合实力越弱的企业越要有勇气超前开发，靠提前的时差来弥补经济实力、开发速度和市场开拓能力方面的不足，为自己创造由弱变强的条件。由于种种原因开发失败或效果不理想的例子屡见不鲜，但同步开发的两个以上项目总有成功几率。只要不是大额投资，有一个成功，就是总体成功；多个的成功就更是幸运儿。市场变化莫测早有技术贮备的企业必能“东边不亮西边亮”，取得驾驭市场的主动权。 　　看来，超前开发是硬道理。而超前开发的企业行为不仅要求领导者具有胆识远见和风险承受能力，而 电力高频开关整流领域又添新力军——深圳新能力科技有限公司 国家电力事业经过几十年的发展，取得了举世瞩目的成就。其中直流操作电源也经历了从磁饱和电源至晶闸管电源，到目前的高频开关电源，在发展过程中每一次的进步都是电力应用领域的一次革命。 高频开关整流技术是国家颁布优先发展的高科技项目。新能力科技公司始终走在高频开关技术前沿，与国情相结合，开发高频开关整流系列产品，最大限度地满足市场的需要，被列为国家科技部重点扶持企业。 新能力公司提供的不仅仅是性能可靠和品种、规格丰富的产品，而且其中蕴含着卓越的服务理念，并以实现民族产业为已任，成为电力高频开关整流领域的新力军，体现了中国人的新能力！ 且要求企业技术人员具备敏锐的洞察力，能尽早感知有市场前景，但还处于萌芽状态的高科技成果。相当多的企业在这方面有所不足。第一，本身缺乏能直接感知的人，感知的现代化信息手段；又不接受别人萌芽状态的感知；别的企业干什么有市场，自己跟着干什么，总是好景不长。第二，在认识上，将科研的功能完全界定给高校和科研院所，认为处于研究阶段的东西与己无关。事实上，所有产品生命的获得均以科研为源头，都要经历从学术思想到研究、开发再到产品化的过程。这个过程本应是一环扣一环不间断的。在发达国家，高校论文一发表，就有可能被企业接纳，即刻进入上述全过程，一气呵成，周期要短得多。所以，企业一定要关注应用基础研究的动向（《电工技术学报》1999年增刊所载“电力电子学的发展战略调查研究报告”等22篇综述性论文对企业科学决策极富参考价值），争取尽早介入，抓住闪光点不放。对于学术讨论敬而远之的企业家就会犯“守着金碗讨饭吃”的错误。缺乏高科技人才的企业需要借助专家学者的眼睛和头脑，特别是在学科前沿抢占过“制高点”的人敏锐的嗅觉，为企业注入产品创新的灵感。企业自己还有一批实践能力很强的小能人与之配合，缩短科技成果转化周期的条件是存在的。这里也有一个高校愿不愿意让企业尽早介入的问题。为了争取未来更大的权益，目前过于关注功利的事实已成为企校合作的一种障碍。这会使成果转化的速度无法与发达国家的快速反应抗争。其实，高校若因权益问题拖延了企业介入的时间，或强调单独发展，则除少数重点大学能独具一格外，大多数情况会导致成果束之高阁。因此，为了狭隘的个人或集团权益，放弃优势互补的高效率合作方式，必然导致开发周期过长的结果，完全有可能错过特色产品最好的市场契机，反而使各方失去本可以靠高效率合作得来的等效权益。如若有远见卓识，尽早相互介入，优势互补，看起来合同中规定的得利比例小些,但得利时间可以提前；不仅能在较短周期内拓展更大的市场，使获利绝对值实际上更大；而且可以尽早腾出精力和资金瞄准下一个目标。何为得？何为失？人们尽可将事物置于多维时空，全方位地仔细测算。 　　以上分析，仅供参考，希望产学研合作推动科技成果转化的某些认识问题、权益问题能首先在电源技术领域得到较好的解决。

4结论 　　经验与分析表明，企业的发展应选择适宜的定位并具备激活生命力的要素。 （1）市场经济条件下，企业的竞争是综合实力的竞争。有实力的企业应在通用产品上决高低、分秋色、上台阶、振国威。 （2）单一优势的企业应避免通用产品争夺市场的正面冲突，发展特色性专用配套产品，占领市场一席之地，逐步发展壮大。 （3）发展企业要有超前意识、空间意识和风险意识。 　　超前意识是“时间差”战术，靠超前开发取得占领市场的主动权。 　　空间意识是“空间差”战术，抓首创性科技成果转化的主动权，做特种产品第一人。“空间差”战术也自然导致“时间差”效果。 风险意识是采用以上战术的必然。“空间差”和“时间差”战术都存在经济技术风险，要求企业家有胆有识，有超强的心理素质和责任心，要求企业群体有足够的承受能力。 （4）关注学科前沿的发展动向，从长计议，推动产学研让利合作，莫失良机。

2电路拓扑 　　图1所示静止变流器电路结构的创新之处在于，提出了多功能一体化PWMDC/DC变换器新概念。多功能一体化PWMDC/DC变换器族主要有三个功能：①输入输出电气隔离；②吸收DC/AC逆变器交流侧回馈的无功能量；③输出符合DC/AC逆变器要求的高频脉冲电压波udo，为逆变桥功率开关在udo过零时切换实现ZVS开关创造了条件。 图1新颖的高频直流脉冲环节静止变流器电路结构 基于这一思想，在传统的电气隔离DC/DC变换器族中去除输出LC滤波器，输出端再加上逆变器交流侧回馈无功能量吸收电路（由有源开关Sr和储能电容Cr串联构成），便可获得多功能一体化PWMDC/DC变换器。 考虑到输入电压Ui为低压（27V或48V）且变化范围宽，选定并联交错有源箝位正激式MISSC变换器作为前置级，其输出高频脉冲电压波的占空比2D>0.5，输入输出波形频率为开关频率的二倍，同时又具备正激Forward变换器的优点。图2示出了这一新颖的电路拓扑。 （a）原理图(b)波形图图3电流瞬时值反馈DC/AC逆变器控制原理 图4三态DPM电流滞环跟踪控制原理 图2高频直流脉冲环节静止变流器电路拓扑 图2所示电路，Sc与Cc串联接在高频变压器原边绕组两端，构成正激变换器的有源箝位支路，为变压器在功率开关S关断后提供磁复位路径，实现了功率开关的电压箝位和变压器的双向磁化，功率开关S、箝位开关Sc实现了ZVS开关。当MISSC变换器输出相同的高频脉冲电压波平均值 　　Udo.arg=N22DUi/N1(1) 时，占空比D增大，高频脉冲电压波幅值Ui·N2/N1便降低，从而降低了逆变桥四个功率开关S1、S2、S3、S4的电压应力。这正是选用并联交错正激式多功能一体化PWMDC/DC变换器（占空比2D=0.5～0.9）作为前置级的根本原因。

3控制原理 3.1MISSC变换器控制原理 　　新颖的静止变流器电路拓扑，由并联交错有源箝位正激式MISSC变换器和DC/AC逆变器级联而成，各自构成闭环回路。这种电路拓扑继承了谐振直流环节逆变器RDCLI的思想。前级电路拓朴较复杂，且不存在输出滤波器，不是完整的软开关PWMDC/DC变换器，为后级提供平均值恒定的高频脉冲电压波，只能采用电压型PWM控制技术（因为其提供的输出电流大小是按照DC/AC逆变器所需的正弦规律分布的）；后级电路拓朴简洁，逆变桥功率器件可实现完全的ZVS开关。 3.2DC/AC逆变器控制原理 　　DC/AC逆变器采用电流瞬时值反馈技术的脉宽调制方案，如图3所示。快速电流检测元件将检测到的滤波电感电流信号if送到滞环比较器同相输入端，给定信号ig加在其反相输入端。滞环比较器输出通过逻辑延时、分相和驱动电路来驱动控制逆变桥功率开关。 　　为了减小滤波电感电流iLf脉动量，改善输出电压波形，应该采用单极性调制而不用双极性调制。本文研究的静止变流器，DC/AC逆变桥采用三态离散脉冲调制DPM电流滞环跟踪控制（Threestatesdiscretepulsemodulationhysteresiscurrentcontrol）的单极性调制瞬时值反馈技术，其控制原理如图4所示。 (a)原理图   (b)波形图 图3 图4 　　在逆变桥输入电压udo=0时，检测滤波电感电流iLf做为反馈电流if与给定电流ig相比较，根据二个电流瞬时值之差来决定，单相逆变桥四个功率开关在下一个高频脉冲电压波udo的导通情况，其控制规律为引入零状态续流模式后，不但可以使电流跟踪偏差减小，而且使逆变桥输出电压uAB波形中的＋1、－1、状态间的跳变大为减小，甚至消除，从而使输出脉动减小。这也是单极性调制比双极性调制优越的主要原因。合理设计输出滤波器参数和滞环宽度，可以实现逆变桥的单极性工作。如果在电流外环设置电压闭环，则可获得良好的输出电压、电流控制特性。