開(kāi)關(guān)電源在通信系統中得到了廣泛的應用,并已成為現代通信供電系統的主流,而通信業(yè)的迅速發(fā)展又極大地推動(dòng)了開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展。在通信領(lǐng)域中,通常將高頻整流器稱(chēng)為一次電源而將直流--直流(DC/DC)變換器稱(chēng)為二次電源。同時(shí),開(kāi)關(guān)電源也在各種電子信息設備中,如計算機、充電電源等得到了廣泛的應用。
自1957年第一只可控硅(SCR)問(wèn)世后,可控健取代了笨重而且效率低下的硒或氧化亞銅整流器件,可控硅整流器就作為通信設備的一次電源使用。在隨后的20年內,由于半導體工藝的進(jìn)步,可控硅的電壓、電流額定值及其它特性參數得到了不斷提高和改進(jìn),滿(mǎn)足了通信設備不斷發(fā)展的需要,囚此,直到70年代,發(fā)達國家還一直將可控硅整流器作為大多數通信設備的一次電源使用。
雖然可控d整流器工作穩定,能滿(mǎn)足通信設備的要求,但它是相控電源,工作于工頻,有龐人笨重的電源變壓器、電感線(xiàn)圈、濾波電容,嗓聲人,效率低,功率因數低,穩壓精度也較低。因此,自1947年肖克萊發(fā)明晶體管,并在隨后的幾年內對品體管的質(zhì)量和性能不斷完善提高后,人們就著(zhù)力研究利用的體管進(jìn)行高頻變換的方案。1955年美國羅耶(GH ·Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器,是實(shí)現高顏轉換電路的開(kāi)始,1957年美國查賽(.J.J·Jen Sen)又發(fā)明了白激式推挽雙變壓器變換器電路。在此基礎上,1964年,美國科學(xué)家提出了取消工頻變壓器的串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源的設想,并在NEC雜志土發(fā)表了“脈寬調制應用于電源小型化”等文章,為使電源實(shí)現體積和重量的大幅下降提供了一條根本途徑,
隨著(zhù)大功率硅品體管的耐壓提高和二極管反向恢復時(shí)間的縮短等元器件性能的改善,1969年終于做成了25RIz的開(kāi)關(guān)電源。電源界把開(kāi)關(guān)電源的頻率提高到20KHz以上稱(chēng)為電源技術(shù)的“20KHz革命”。經(jīng)過(guò)幾年的努J,從開(kāi)關(guān)屯源的電路拓撲型式到相配套的元器件等研究都取得了相當大的進(jìn)展。在電路拓撲型式上開(kāi)發(fā)出了單端貯能式反激電路、雙反激電路、單端正激式電路、雙正激電路、推挽電路、半橋電路、全橋電路,以適應不同應用場(chǎng)合、不同功率檔次的需要;在元器件方面,功率晶體管和整流二極管的性能也有了較人的提高。1976年美國硅通用公司第一個(gè)做出了型號為SGl52A的脈寬調制(PWM,Pulse Width Modulation)控制芯片,極大地提高了開(kāi)關(guān)電源的可靠性,并進(jìn)一步減小了體積。
在隨后的兒年中,大功率晶體管(GTR)和功率場(chǎng)效應管(MOSFET)相繼被研制出來(lái),其電壓、電流額定值大為提高,工作頻率也提高較多,可靠性也顯著(zhù)增加。到80年代中后期,絕緣柵雙極性晶休管(IGBT)已研制出來(lái)并投入了市場(chǎng),各種通信設備所需的一次電源大多采取PWM集成控制芯片、雙極型晶體管、場(chǎng)效應管、絕緣柵雙極晶體管。
隨著(zhù)微電子學(xué)的發(fā)展和元器件生產(chǎn)技術(shù)的提高,相繼開(kāi)發(fā)出了耐壓高的功率場(chǎng)效應管(VMOS管)和高電壓、大電流的絕緣柵雙極性品體管(IGBT),具有軟恢復特性的大功率高頻整流管,各種用途的集成脈寬調制控制器和高性能的鐵氧體磁芯,高頻用的電解電容器,低功耗的聚丙烯電容等。主要元器件技術(shù)性能的提高,為高頻開(kāi)關(guān)電源向大功率、高效率、高可靠性方向發(fā)展奠定了良好基礎。
隨著(zhù)通信用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的廣泛應用和不斷深入,實(shí)際工作中人們對開(kāi)關(guān)電源提出了更高的要求,提出了應用技術(shù)的高頻化、硬件結構的模塊化、軟件控制的數字化、產(chǎn)品性能的綠色化、新一代電源的技術(shù)含量大大提高,使之更加可靠、穩定、高效、小型、安全。在高頻化方面,為提高開(kāi)關(guān)頻率并克服一般的PWM和準諧振、多諧振變換器的缺點(diǎn),又開(kāi)發(fā)了相移脈寬調制零電壓開(kāi)關(guān)諧振變換器,這種電路克服了PM方式硬開(kāi)關(guān)造成的較人的開(kāi)關(guān)損耗的缺點(diǎn),乂實(shí)現了恒頻I.作,克服了準諧振和多諧振變換器工作頻率變化及電壓、電流幅度大的缺點(diǎn)。采用這種Ⅰ.作原理,人人減小了開(kāi)關(guān)管的損耗,不但提高了效率也提高了I作頻率,減小了體積,更重要的是降低了變換電路對分布參數的最感性,拓寬了開(kāi)關(guān)器件的安全工作區,在一定程度上降低了對器什的要求,從而顯著(zhù)提高了開(kāi)關(guān)電源的可靠性。