軟開關(guān)技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)及多電平技術(shù)是近年來變換器拓?fù)浞矫娴臒狳c(diǎn)。采用軟開關(guān)技術(shù)可以有效的降低開關(guān)損耗和開關(guān)應(yīng)力，有助于變換器效率的提高;采用PFC技術(shù)可以提高AC/DC變換器的輸入功率因數(shù)，減少對電網(wǎng)的諧波污染;而多電平技術(shù)主要應(yīng)用在通信電源三相輸入變換器中，可以有效降低開關(guān)管的電壓應(yīng)力。同時(shí)由于輸入電壓高，采用適當(dāng)?shù)能涢_關(guān)技術(shù)以降低開關(guān)損耗，是多電平技術(shù)將來的重要研究方向。

    為了降低變換器的體積，需要提高開關(guān)頻率而實(shí)現(xiàn)高的功率密度，必須使用較小尺寸的磁性材料及被動元件，但是提高頻率將使MOSFET的開關(guān)損耗與驅(qū)動損耗大幅度增加，而軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用可以降低開關(guān)損耗。目前的通信電源工程應(yīng)用最為廣泛的是有源鉗位ZVS技術(shù)、上世紀(jì)90年代初誕生的ZVS移相全橋技術(shù)及90年代后期提出的同步整流技術(shù)。

    1.1.1 ZVS有源鉗位

    有源箝位技術(shù)歷經(jīng)三代，且都申報(bào)了專利。第一代為美國VICOR公司的有源箝位ZVS技術(shù)，將DC/DC的工作頻率提高到1MHZ，功率密度接近200W/in3，然而其轉(zhuǎn)換效率未超過90%。為了降低第一代有源箝位技術(shù)的成本，IPD公司申報(bào)了第二代有源箝位技術(shù)專利，其采用P溝道MOSFET，并在變壓器二次側(cè)用于forward電路拓?fù)涞挠性大槲�，這使產(chǎn)品成本減低很多。但這種方法形成的MOSFET的零電壓開關(guān)(ZVS)邊界條件較窄，而且PMOS工作頻率也不理想。為了讓磁能在磁芯復(fù)位時(shí)不白白消耗掉，一位美籍華人工程師于2001年申請了第三代有源箝位技術(shù)專利，其特點(diǎn)是在第二代有源箝位的基礎(chǔ)上將磁芯復(fù)位時(shí)釋放出的能量轉(zhuǎn)送至負(fù)載，所以實(shí)現(xiàn)了更高的轉(zhuǎn)換效率。它共有三個(gè)電路方案：其中一個(gè)方案可以采用N溝MOSFET，因而工作頻率可以更高，采用該技術(shù)可以將ZVS軟開關(guān)、同步整流技術(shù)都結(jié)合在一起，因而其實(shí)現(xiàn)了高達(dá)92%的效率及250W/in3以上的功率密度。

    1.1.2 ZVS移相全橋

    從20世紀(jì)90年代中期，ZVS移相全橋軟開關(guān)技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于中、大功率電源領(lǐng)域。該項(xiàng)技術(shù)在MOSFET的開關(guān)速度不太理想時(shí)，對變換器效率的提升起了很大作用，但其缺點(diǎn)也不少。第一個(gè)缺點(diǎn)是增加一個(gè)諧振電感，其導(dǎo)致一定的體積與損耗，并且諧振電感的電氣參數(shù)需要保持一致性，這在制造過程中是比較難控制的;第二個(gè)缺點(diǎn)是丟失了有效的占空比。此外，由于同步整流更便于提高變換器的效率，而移相全橋?qū)Χ�次�?cè)同步整流的控制效果并不理想。最初的PWMZVS移相全橋控制器，UC3875/9及UCC3895僅控制初級，需另加邏輯電路以提供準(zhǔn)確的次極同步整流控制信號;如今最新的移相全橋PWM控制器如LTC1922/1、LTC3722-1/-2，雖然已增加二次側(cè)同步整流控制信號，但仍不能有效地達(dá)到二次側(cè)的ZVS/ZCS同步整流，但這是提高變換器效率最有效的措施之一。而LTC3722-1/-2的另一個(gè)重大改進(jìn)是可以減小諧振電感的電感量，這不僅降低了諧振電感的體積及其損耗，占空比的丟失也所改進(jìn)。

    1.1.3 同步整流

    同步整流包括自驅(qū)動與外部驅(qū)動。自驅(qū)動同步整流方法簡單易行，但是次級電壓波形容易受到變壓器漏感等諸多因素的影響，造成批量生產(chǎn)時(shí)可靠性較低而較少應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品中。對于12V以上至20V左右輸出電壓的變換則多采用專門的外部驅(qū)動IC，這樣可以達(dá)到較好的電氣性能與更高的可靠性。

    TI公司提出了預(yù)測驅(qū)動策略的芯片UCC27221/2，動態(tài)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間以降低體二極管的導(dǎo)通損耗。ST公司也設(shè)計(jì)出類似的芯片STSR2/3，不僅用于反激也適用于正激，同時(shí)改進(jìn)了連續(xù)與斷續(xù)導(dǎo)通模式的性能。美國電力電子系統(tǒng)中心(CPES)研究了各種諧振驅(qū)動拓?fù)湟越档万?qū)動損耗，并于1997年提出一種新型的同步整流電路，稱為準(zhǔn)方波同步整流，可以較大地降低同步整流管體二極管的導(dǎo)通損耗與反向恢復(fù)損耗，并且容易實(shí)現(xiàn)初級主開關(guān)管的軟開關(guān)。凌特公司推出的同步整流控制芯片LTC3900和LTC3901可以更好地應(yīng)用于正激、推挽及全橋拓?fù)渲小?

    ZVS及ZCS同步整流技術(shù)也已開始應(yīng)用，例如有源鉗位正激電路的同步整流驅(qū)動(NCP1560)，雙晶體管正激電路的同步整流驅(qū)動芯片LTC1681及LTC1698，但其都未取得對稱型電路拓樸ZVS/ZCS同步整流的優(yōu)良效果。

    1.2 建模與仿真

    開關(guān)型變換器主要有小信號與大信號分析兩種建模方法。

    小信號分析法：主要是狀態(tài)空間平均法，由美國加里福尼亞理工學(xué)院的R.D.Middlebrook于1976年提出，可以說這是電力電子學(xué)領(lǐng)域建模分析的第一個(gè)真正意義的重大突破。后來出現(xiàn)的如電流注入等效電路法、等效受控源法(該法由我國學(xué)者張興柱于1986年提出)、三端開關(guān)器件法等，這些均屬于電路平均法的范疇。平均法的缺點(diǎn)是明顯的，對信號進(jìn)行了平均處理而不能有效地進(jìn)行紋波分析;不能準(zhǔn)確地進(jìn)行穩(wěn)定性分析;對諧振類變換器可能不大適合;關(guān)鍵的一點(diǎn)是，平均法所得出的模型與開關(guān)頻率無關(guān)，且適用條件是電路中的電感電容等產(chǎn)生的自然頻率必須要遠(yuǎn)低于開關(guān)頻率，準(zhǔn)確性才會較高。

    大信號分析法：有解析法，相平面法，大信號等效電路模型法，開關(guān)信號流法，n次諧波三端口模型法，KBM法及通用平均法。還有一個(gè)是我國華南理工大學(xué)教授丘水生先生于1994年提出的等效小參量信號分析法，不僅適用于PWM變換器也適用于諧振類變換器，并且能夠進(jìn)行輸出的紋波分析。

    建模的目的是為了仿真，繼而進(jìn)行穩(wěn)定性分析。1978年，R.Keller首次運(yùn)用R.D.Middlebrook的狀態(tài)空間平均理論進(jìn)行開關(guān)電源的SPICE仿真。近30年來，在開關(guān)電源的平均SPICE模型的建模方面，許多學(xué)者都建立了各種各樣的模型理論，從而形成了各種SPICE模型。這些模型各有所長，比較有代表性的有：Dr.SamBenYaakov的開關(guān)電感模型;Dr.RayRidley的模型;基于Dr.VatcheVorperian的Orcad9.1的開關(guān)電源平均Pspice模型;基于StevenSandler的ICAP4的開關(guān)電源平均Isspice模型;基于Dr.VincentG.Bello的Cadence的開關(guān)電源平均模型等等。在使用這些模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合變換器的主要參數(shù)進(jìn)行宏模型的構(gòu)建，并利用所建模型構(gòu)成的DC/DC變換器在專業(yè)的電路仿真軟件(Matlab、Pspice等)平臺上進(jìn)行直流分析、小信號分析以及閉環(huán)大信號瞬態(tài)分析。

    由于變換器的拓?fù)淙招略庐�，發(fā)展速度極快，相應(yīng)地，對變換器建模的要求也越來越嚴(yán)格。可以說，變換器的建模必須要趕上變換器拓?fù)涞陌l(fā)展步伐，才能更準(zhǔn)確地應(yīng)用于工程實(shí)踐。

    1.3 數(shù)字化控制

    數(shù)字化的簡單應(yīng)用主要是保護(hù)與監(jiān)控電路，以及與系統(tǒng)的通信，目前已大量地應(yīng)用于通信電源系統(tǒng)中。其可以取代很多模擬電路，完成電源的起動、輸入與輸出的過、欠壓保護(hù)、輸出的過流與短路保護(hù)，及過熱保護(hù)等，通過特定的介面電路，也能完成與系統(tǒng)間的通訊與顯示。

    數(shù)字化的更先進(jìn)應(yīng)用包含不但實(shí)現(xiàn)完善的保護(hù)與監(jiān)控功能，也能輸出PWM波，通過驅(qū)動電路控制功率開關(guān)器件，并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制功能。目前，TI、ST及Motorola公司等均推出了專用的電機(jī)與運(yùn)動控制DSP芯片�，F(xiàn)階段通信電源的數(shù)字化主要采取模擬與數(shù)字相結(jié)合的形式，PWM部分仍然采用專門的模擬芯片，而DSP芯片主要參與占空比控制，和頻率設(shè)置、輸出電壓的調(diào)節(jié)及保護(hù)與監(jiān)控等功能。

    為了達(dá)到更快的動態(tài)響應(yīng)，許多先進(jìn)的控制方法已逐漸提出。例如，安森美公司提出改進(jìn)型V2控制，英特矽爾公司提出Active-droop控制，Semtech公司提出電荷控制，仙童公司提出Valley電流控制，IR公司提出多相控制，并且美國的多所大學(xué)也提出了多種其他的控制思想[7，8，9]。數(shù)字控制可以提高系統(tǒng)的靈活性，提供更好的通信介面、故障診斷能力、及抗干擾能力。但是，在精密的通信電源中，控制精度、參數(shù)漂移、電流檢測與均流，及控制延遲等因素將是需要急待解決的實(shí)際問題。

    1.4 磁集成

    隨著開關(guān)頻率的提高，開關(guān)變換器的體積隨之減少，功率密度也得到大幅提升，但開關(guān)損耗將隨之增加，并且將使用更多的磁性器件，因而占據(jù)更多的空間。

    國外對于磁性元件集成技術(shù)的研究較為成熟，有些廠商已將此技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的通信電源中。其實(shí)磁集成并不是一個(gè)新概念，早在20世紀(jì)70年代末，Cuk在提出Cuk變換器時(shí)就已提出磁集成的思想。自1995年至今，美國電力電子系統(tǒng)并中心(CPES)對磁性器件集成作了很多的研究工作，使用耦合電感的概念對多相BUCK電感集成做了深入研究，且應(yīng)用于各種不同類型的變換器中。2002年，香港大學(xué)Yim-ShuLee等人也提出一系列對于磁集成技術(shù)的探討與設(shè)計(jì)。

    常規(guī)的磁性元件設(shè)計(jì)方法極其繁瑣且需要從不同的角度來考慮，如磁心的大小選擇，材質(zhì)與繞組的確定，及鐵損和銅損的*估等。但是磁集成技術(shù)除此之外，還必須考慮磁通不平衡的問題，因?yàn)榇磐ǚ植荚阼F心的每一部分其等效總磁通量是不同的，有些部分可能會提前飽和。因此，磁性器件集成的分析與研究將會更加復(fù)雜與困難。但是，其所帶來的高功率密度的優(yōu)勢，必是將來通信電源的一大發(fā)展趨勢。