开关电源凭借其高效率、小体积、轻重量等显著优势，在现代电子设备中得到了极为广泛的应用。从日常生活中的手机充电器、电脑电源适配器，到工业领域的自动化设备、通信基站电源，再到航空航天等高端领域，开关电源无处不在。以下简单聊聊开关电源的10个主要技术：

1 .高频化

提高开关电源的工作频率是实现其小型化和轻量化的关键途径。当开关电源的工作频率升高时，电路中储能元件（如电感和电容）的体积和重量能够显著减小。例如，传统开关电源的工作频率可能在几十千赫兹，而如今一些先进的开关电源工作频率已提升至兆赫兹级别。在通信领域的开关电源模块中，高频化使得电源模块体积大幅减小，能够更好地满足通信设备小型化、集成化的需求。然而，高频化也带来了一些问题，如开关损耗增加、电磁干扰（EMI）增强等。为解决这些问题，需要采用新型的功率半导体器件和优化的电路拓扑结构。

2.新型高频功率半导体器件及磁性材料

    近年来，新型高频功率半导体器件不断涌现，为开关电源技术的发展注入了强大动力。例如，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体器件，与传统的硅基器件相比，具有诸多优异性能。Infineon 公司推出的冷 mos 管，采用超级结 (Super-Junc tion) 结构，又称超结功率 MOSFET。IGBT（绝缘栅双极型晶体管）也在不断发展，其电压、电流额定值持续提升，一般 IGBT 的工作频率上限为 20kHz - 40kHz，而基于穿通 (PT) 型结构应用新技术制造的 IGBT，可工作于 150kHz（硬开关）和 300kHz（软开关）。

图为英飞凌高功率密度的新一代氮化镓功率分立器件

     高频化对磁性材料提出了更高要求。适用于兆赫级频率的磁性材料备受关注，纳米结晶软磁材料已得到开发应用。这类材料具有损耗小、散热性能好、磁性能优越等特点。在高频开关电源中，磁性元件的损耗主要包括磁滞损耗和涡流损耗。纳米结晶软磁材料通过优化材料的微观结构，有效降低了磁滞损耗；同时，其良好的导电性和特殊的晶体结构使得涡流损耗也大幅降低。此外，该材料的高磁导率能够在较小的体积内实现较高的电感量，满足了开关电源小型化的需求。

3 .同步整流技术

    

 图为MOS管

     同步整流技术是提高开关电源效率的重要手段之一。在传统的开关电源中，整流二极管存在较大的导通压降，导致能量损耗较大。同步整流技术则采用通态电阻极低的功率 MOS 管来代替传统的整流二极管。与传统整流方式相比，同步整流技术具有更高的转换效率，能够有效降低电源的发热量，提高电源的可靠性。同时，由于 MOS 管在关断过程中不需要电流，避免了续流结束时存在的较大反向电流过冲，减小了电流的突变程度，抑制了电磁干扰，确保了设备工作的可靠性。

4 .软开关和 LLC 谐振技术

    软开关技术通过在开关过程中使功率开关管的电压或电流为零，即实现零电压开关（ZVS）或零电流开关（ZCS），从而有效降低开关损耗。在硬开关电源中，功率开关管在开通和关断瞬间，电压和电流同时存在，产生较大的开关损耗，且随着工作频率的提高，这种损耗愈发显著。软开关技术通过在电路中引入谐振电感、电容等元件，使开关管在电压或电流过零时进行开关动作，大大减小了开关损耗，提高了电源效率。对于低电压、大电流输出的软开关变换器，进一步提高其效率的措施是设法降低开关的通态损耗。

     LLC 谐振变换器是一种常用的软开关拓扑结构。它利用电感和电容组成的谐振网络，使电路在谐振状态下工作，实现开关管的软开关。LLC 谐振变换器具有高效率、宽输入电压范围、低电磁干扰等优点。在 LLC 谐振变换器中，谐振电感、励磁电感和电容构成谐振回路，通过合理设计这些元件的参数，使电路在不同的输入电压和负载条件下都能保持谐振状态，实现开关管的零电压开通和零电流关断。

5 .开关电源的控制技术

     模拟控制技术在开关电源发展的早期得到了广泛应用。它通过模拟电路对电源的输出电压、电流等参数进行采样和比较，然后通过反馈控制电路调整功率开关管的导通时间，以实现对输出电压的稳定控制。模拟控制电路具有响应速度快、控制精度较高等优点，能够满足一些对电源性能要求不是特别苛刻的应用场合。然而，模拟控制技术也存在一些局限性，如电路设计复杂、参数调整困难、抗干扰能力较弱等。

     随着数字信号处理技术的飞速发展，数字控制技术在开关电源中的应用越来越广泛。数字控制技术采用微控制器（如单片机、DSP 等）对电源的输出参数进行采样和处理，通过数字算法实现对功率开关管的精确控制。与模拟控制技术相比，数字控制技术具有灵活性高、易于实现复杂控制算法、参数调整方便、抗干扰能力强等优点。全数字控制的优点还包括数字信号与混合模数信号相比可以标定更小的量，芯片价格也更低廉。欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字控制芯片及软件，推动了开关电源数字控制技术的发展。

6. 功率因数校正技术

     无源功率因数校正技术主要通过在电源输入侧添加电感、电容等无源元件组成的滤波电路，来改善输入电流的波形，提高功率因数。

     有源功率因数校正（APFC）技术是目前应用较为广泛的功率因数校正方法。它通过在电源输入侧加入一个有源变换器，利用控制电路对输入电流进行实时控制，使其波形与输入电压波形同相，从而将功率因数提高到 0.95 - 0.99，输入电流 THD（总谐波失真）小于 10%。APFC 技术不仅有效治理了电网的谐波污染，还提高了电源的整体效率。

7 .后置调节器技术

     后置调节器技术主要用于对开关电源输出电压进行进一步的精细调节，以满足一些对电压精度要求极高的负载需求。线性后置调节器是一种常见的后置调节方式，它通过线性调整管对输出电压进行连续调节，能够有效降低输出电压的纹波，提高电压精度。

8. 饱和电感技术

    饱和电感是一种特殊的电感元件，其磁导率在电流达到一定值后会急剧下降，进入饱和状态。在开关电源中，饱和电感主要用于抑制电流尖峰和改善电路的开关特性。当电路中的电流发生突变时，饱和电感能够迅速呈现高阻抗，限制电流的上升速率，从而有效抑制电流尖峰，保护功率开关管和其他电路元件。在反激式开关电源中，饱和电感可以与变压器初级绕组串联，在开关管关断瞬间，饱和电感能够抑制变压器漏感产生的电流尖峰，降低开关管的电压应力，提高电源的可靠性。同时，饱和电感还可以改善电路的电磁兼容性，减少电磁干扰的产生。

9.分布电源技术和并联均流技术

    分布电源系统适合于用作超高速集成电路组成的大型工作站、大型数字电子交换系统等的电源。其优点是可实现 DC - DC 变换器组件模块化，容易实现 N + 1 功率冗余，易于扩增负载容量，可降低 48V 母线上的电流和电压降。在大型数据中心中，采用分布电源技术可以将电源模块分散布置在各个机架或设备附近，减少了电源传输线路的长度和损耗，提高了电源系统的可靠性和灵活性。分布电源系统还具有热分布均匀、便于散热、设计灵活、瞬态响应好等优点，并且可在线更换失效模块，大大提高了系统的可用性。

     在分布电源系统或多个电源模块并联使用的场合，并联均流技术是确保各个电源模块能够均匀分担负载电流的关键。如果多个电源模块并联时不能实现均流，会导致部分模块过载，而部分模块负载不足，影响电源系统的整体性能和可靠性。

10. 集成化、模块化技术

    集成化技术是将开关电源中的多个功能模块集成在一个芯片或封装内，以减小电源的体积、提高可靠性和降低成本。近年来的发展方向是将小功率电源系统集成在一个芯片上，可以使电源产品更为紧凑，体积更小，也减小了引线长度，从而减小了寄生参数。一些集成电源芯片将功率开关管、控制电路、驱动电路等集成在一起，用户只需在外部连接少量的电感、电容等元件，即可构成一个完整的开关电源，大大简化了电源设计和生产过程。

图为AC-- DC 可配置电源模块

     模块化技术是将开关电源按照功能划分为不同的模块，如 AC - DC 模块、DC - DC 模块、PFC 模块等，每个模块具有独立的功能和标准化的接口。用户可以根据实际需求选择不同的模块进行组合，构建出满足特定要求的电源系统。这种模块化设计方式具有灵活性高、便于维护和升级等优点。