上世紀60年代，開（kāi）關電源的問世（shì），使其逐步取代了線性穩壓電源和SCR相控電源（yuán）。40多年來（lái），開（kāi）關電源技術有了飛迅發展和變化，經曆了功率（lǜ）半導體器件、高（gāo）頻化（huà）和軟（ruǎn）開關技術、開關電源係統的（de）集成技術三個發展階段。
功率半導體器件從雙極型器件(BPT、SCR、GTO)發（fā）展為（wéi）MOS型器件(功率MOSFET、IGBT、IGCT等)，使（shǐ）電力電子係統有可能實現（xiàn）高頻化，並大幅度降低導通損耗，電路也（yě）更為簡單。
自上世紀80年代（dài）開始，高頻化和軟開關技術的開發研究，使功率變換器性能更好、重量（liàng）更輕、尺寸更小。高頻化（huà）和軟開關技術是過去（qù）20年國際電（diàn）力電（diàn）子界研究的熱點之一。
上世（shì）紀90年代（dài）中期，集成電力電子係統（tǒng）和集成電（diàn）力電子模塊(IPEM)技術開（kāi）始發展，它是當今國際電力電子界亟待解決的新問題之（zhī）一。
關注點一：功率半導體器件性能
1998年，Infineon公司推出冷MOS管（guǎn），它采用“超級結”(Super-Junction)結構，故又（yòu）稱超結功率（lǜ）MOSFET。工作電壓600V～800V，通態電阻幾乎降低了一個數量級，仍保（bǎo）持開關速度（dù）快的特（tè）點，是一種有發展前途的高（gāo）頻功率半導（dǎo）體器件。
IGBT剛（gāng）出現時，電壓、電流額定值（zhí）隻有600V、25A。很長一段時間內，耐壓水平限（xiàn）於（yú）1200V～1700V，經過長時間的探索研究和改進，現在IGBT的電（diàn）壓、電流額定值已分別達到3300V/1200A和4500V/1800A，高壓IGBT單片耐壓（yā）已達（dá）到6500V，一般IGBT的工作頻（pín）率上限為20kHz～40kHz，基於穿通(PT)型結構應用新技術製造的IGBT，可工作於150kHz(硬開關)和300kHz(軟開（kāi）關（guān）)。
IGBT的技術進（jìn）展實際上是通態壓降，快速開關和高耐壓能力三者的折中。隨著工（gōng）藝和結構（gòu）形（xíng）式的不同，IGBT在20年曆史發展進程（chéng）中，有以下幾種（zhǒng）類型：穿通(PT)型、非穿通(NPT)型、軟穿通(SPT)型、溝漕型和電場截止(FS)型。
碳化矽SiC是功率半導體器件晶片的理（lǐ）想材料，其（qí）優點是：禁帶寬、工作溫度高(可達600℃)、熱穩（wěn）定性（xìng）好、通態電阻小、導熱性能好、漏電流極小、PN結耐壓高等，有利於製造出耐高溫的高頻大（dà）功率半導體器件。
可（kě）以預見，碳（tàn）化矽將是（shì）21世（shì）紀最可能成功應用的（de）新型功率半導體器件材（cái）料。
關（guān）注點二：開關電源功率密度
提高開關電源的功率密度，使之小型化、輕量化，是人們不斷努力追求的目標（biāo）。電源的高頻化是國際電力電子界研究的熱點（diǎn）之一。電源的小型化、減（jiǎn）輕重量對便攜式電（diàn）子設備(如移動電話，數字相機等)尤為重（chóng）要。使開關電源小型化的具體辦法有：
一是（shì）高頻化。為了實現電源高功率密度，必（bì）須（xū）提高（gāo）PWM變換器的工作頻率、從而減小電路中（zhōng）儲能元件的體積重量。
二是應用壓電變壓器。應用壓電（diàn）變壓器可使高頻功率（lǜ）變換器實現輕、小、薄和高功率密度（dù）。
壓電變壓器利用壓電陶（táo）瓷材料特有（yǒu）的“電（diàn）壓-振動”變換（huàn）和“振動-電壓（yā）”變換的性質傳送能量，其等效電路如同一個串並聯（lián）諧振電路，是功率變換領域的研究熱點之一。
三是采（cǎi）用新（xīn）型電容器。為了減小電力（lì）電子設備的體積（jī）和重量，必須設法改（gǎi）進電容器的性能，提高能量密度，並研究開發適合於電力電子及電源係統用的新型電容器，要（yào）求電容量大、等效串聯電阻ESR小、體積小等。
關注（zhù）點三：高頻磁與同步整流技術
電源係統中應用大量磁元件，高頻磁元件的材（cái）料、結構和性（xìng）能都不同於工頻磁元件（jiàn），有許多問題需要研究。對高（gāo）頻磁（cí）元（yuán）件所用（yòng）磁性材料有如下要求：損耗小，散熱性能好，磁性能優越。適用於兆赫級頻率的磁性材料為人們所關注（zhù），納米結晶軟磁材料也已開發應用。
高頻化以後，為了提高開關電源的效率，必須開發和應（yīng）用軟（ruǎn）開關技術。它是過去幾十年（nián）國際電源界的一個研（yán）究熱點。
對於低電壓、大電流輸出的（de）軟開關變換器，進一步提高其效率的措施是設法降低（dī）開關的通態損耗。例（lì）如同（tóng）步整流SR技術（shù），即（jí）以（yǐ）功率MOS管反接作為整流用開關二極管，代（dài）替（tì）蕭特基二極管(SBD)，可降低管壓降，從而（ér）提高電路效率。
關注點四：分布電源結構（gòu）
分布（bù）電（diàn）源（yuán）係統適合於用作超高速集成電路組成的大型工作站（zhàn）(如圖像處理站)、大型數字電子交（jiāo）換係（xì）統等的電源，其（qí）優點是：可實現DC/DC變換器組件模塊化；容易（yì）實現N+1功率冗餘，提高係統可*性；易於擴增負載容量（liàng）；可降低48V母線上的電流和電（diàn）壓降；容易做到熱分布均勻、便於（yú）散熱設計；瞬態響（xiǎng）應好；可在線更換（huàn）失效模塊等。現在分布（bù）電源係統有兩種結構類（lèi）型，一是兩（liǎng）級結構，另一（yī）種是三級結（jié）構。
關（guān）注點五：PFC變換器
由於AC/DC變（biàn）換電路的輸入端有整流元件和濾波電容，在正弦電壓輸入時，單相整流電源供電的電子（zǐ）設備，電網側(交流輸入端)功率因數僅為0.6～0.65。采用PFC(功率因數校正)變（biàn）換器，網側功率因數可提高到0.95～0.99，輸入電流THD小於10%。既治理了電網的諧波汙染，又提高了（le）電源（yuán）的整體效率。這一技術稱（chēng）為有源（yuán）功率因數校正APFC單相APFC國內外開（kāi）發較早，技術已較成熟；三相APFC的拓撲類型和控製（zhì）策略雖（suī）然已經有很多種，但還有待繼續研究發展。
一般高功（gōng）率（lǜ）因數AC/DC開關電（diàn）源，由兩級拓（tuò）撲組成，對於小功率AC/DC開關電源來說，采（cǎi）用兩級（jí）拓撲結構（gòu）總體效率低、成本高。
如（rú）果對輸（shū）入端功（gōng）率因數要求（qiú）不特別高（gāo）時，將PFC變換器和後級DC/DC變換器組合成一個拓撲，構（gòu）成單級高功率因數AC/DC開關電源（yuán），隻用一個主開關管，可使功率因數校正到0.8以上，並使輸出直流電壓可調，這種拓撲結構稱為單管單級即S4PFC變換器。
關注點六：電壓調（diào）節器模（mó）塊VRM
電壓調（diào）節器模塊是一類低電壓、大（dà）電（diàn）流輸出DC-DC變（biàn）換器模塊，向微處理器（qì）提供（gòng）電源。現在數據處理係統的速度和效率日益（yì）提高，為（wéi）降低微處理（lǐ）器IC的電場強度和功耗（hào），必須降低邏輯電壓，新一代微處理器（qì）的邏（luó）輯電壓已降（jiàng）低至1V，而電流則高達50A～100A，所以對VRM的要求是：輸出（chū）電壓很低、輸出電流大、電流變化率（lǜ）高、快速響應等。
關注點七：全數字化控製
電源的控製已經由模擬控製，模（mó）數混合（hé）控（kòng）製，進入到全數字控製階段。全數字控（kòng）製是（shì）一個新的發展趨勢，已經在許多功率變換設備中得到（dào）應用。
但是過去數字控製在DC/DC變換器中用得較少。近兩年來，電源的高性能全數字控製（zhì）芯片（piàn）已經開發，費用也已降到比較合理的水平，歐美已有多家公司開發並製造出開關變換器的數字控製芯片及軟件。
全數字控製的優點是（shì）：數字信號與混合模數信號相比可以（yǐ）標定更小的量（liàng），芯片價格也更低廉；對（duì）電流檢測誤差可以進（jìn）行精確的數字校正（zhèng），電壓（yā）檢（jiǎn）測也更精（jīng）確；可以實現（xiàn）快速，靈活的控製設計。
關注點八：電磁兼容性
高頻開關電源的電磁兼容EMC問題有其特殊性（xìng）。功率半導體開關管在開關過程中產（chǎn）生的di/dt和（hé）dv/dt，引起強大的傳導電磁幹擾和諧（xié）波幹擾。有些情況還會引起（qǐ）強電磁場(通常是近場)輻射。不但嚴重汙（wū）染周圍電（diàn）磁環境，對附（fù）近的（de）電氣設備造成（chéng）電磁幹擾，還可（kě）能危及附近（jìn）操作人員的安全（quán）。同時，電力電子電路(如（rú）開關變換器)內部的控製電路也必須能承受開關動作產生（shēng）的EMI及應用現場電磁噪聲的幹擾。上（shàng）述特殊性，再加上EMI測量上（shàng）的具（jù）體困難，在電力電子的電磁兼容領（lǐng）域（yù）裏，存在著許多交*科學的前沿課題有待人們研究。國內外許多大學均（jun1）開展了電力電子電路的電磁幹擾和電磁兼容性（xìng）問題的研究，並取得了不少可喜成果。近幾年研究成果表明，開關變換器中的（de）電磁噪音源，主要來自主開關器件的開關作用所產生的電壓、電流變化。變化速度越快，電磁噪音（yīn）越大。
關注點（diǎn）九：設計（jì）和測試技術（shù）
建模、仿真和CAD是一種新的設計工具（jù）。為仿真電源係統，首先（xiān）要建立仿真模型，包括電力電子器件、變換器電（diàn）路、數字和模擬控製電路以及（jí）磁元件和（hé）磁場分布（bù）模型等，還要考慮開關管的熱模型、可*性模（mó）型和EMC模型。各種模型差別很大，建（jiàn）模的發展（zhǎn）方向是：數字-模擬混合建模、混合層次（cì）建模以及將各種模（mó）型組成一個統一（yī）的多層次模型等。
電源（yuán）係統（tǒng）的CAD，包括主電路和控製電（diàn）路設計、器件選擇、參數最優化、磁設計（jì）、熱設（shè）計、EMI設計和印（yìn）製電路板設計（jì）、可*性（xìng）預估、計算（suàn）機輔助綜合和優化設計等。用（yòng）基於仿真的專家（jiā）係統進（jìn）行電源係統的CAD，可使所設計的（de）係統性能最優，減少設計製造費用，並能做可製造性分析，是21世紀仿真和CAD技術的發展方向之一。此外（wài），電源（yuán）係統的熱（rè）測（cè）試（shì）、EMI測試、可*性測試等技（jì）術的開發、研究與應用也是應大力發展的。
關注點十：係統（tǒng）集（jí）成（chéng）技術
電源設備的製造特點是：非標準件多、勞動（dòng）強度大、設計周期長、成本（běn）高、可*性低（dī）等，而用戶要求製造廠生產的電源產品更加實用、可*性更高、更輕小、成本更低。這些情況使（shǐ）電源製造廠家承受巨大壓力，迫切需要開展集成電（diàn）源模塊的研究開發，使電（diàn）源產品（pǐn）的標準化、模塊化（huà）、可製造性、規模生產、降低成（chéng）本等目標（biāo）得以實現。
實（shí）際上，在電源集成技術的發展進（jìn）程中，已經經曆（lì）了電力半導體器件模塊（kuài）化，功率與（yǔ）控製（zhì）電路的集成化，集成無源元件(包括磁集成技術)等發展階（jiē）段。近年來的發展方向是（shì）將（jiāng）小功率電源係統集成在（zài）一個芯片上，可以使電（diàn）源產品更為緊（jǐn）湊，體積更小（xiǎo），也減小了引線長度，從而減（jiǎn）小（xiǎo）了寄生參數。在此基礎上，可以實現一體化（huà），所有元（yuán）器件連同控製保護集成在一個模塊（kuài）中。
上世紀90年代，隨著大規模分布電源（yuán）係統的（de）發展，一體化的設計觀念被（bèi）推廣到更大（dà）容量（liàng）、更高電壓的電源係統集成（chéng），提高了集成（chéng）度，出現了集成電力電（diàn）子模塊(IPEM)。IPEM將功率器件與電路、控製以及檢測、執（zhí）行等元件集成封裝，得到標準的，可（kě）製造的模塊，既可用於標準設計，也可用於專用、特殊設計。優點是可快速高效為用戶提供產品，顯著降低成本，提高可*性。
總（zǒng）之，電源係統集成是當（dāng）今國際電力（lì）電子（zǐ）界亟待解決（jué）的新問題之一。

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