通信用高頻開(kāi)關(guān)電源向集成化、小型化是未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)，功率密度將越來(lái)越大，對(duì)工藝的要求也會(huì)越來(lái)越高。目前，通信用高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展主要有以下幾個(gè)方面：變換器拓?fù)洹⒔Ｅc仿真、數(shù)字化控制及磁集成。

       1.變換器拓?fù)?/span>

       近年來(lái)，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)及多電平技術(shù)是變換器拓?fù)浞矫娴臒狳c(diǎn)。采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以有效的降低通信用高頻開(kāi)關(guān)電源損耗和開(kāi)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(duì)電網(wǎng)的諧波污染；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(kāi)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_(kāi)關(guān)技術(shù)以降低開(kāi)關(guān)損耗，是多電平技術(shù)將來(lái)的重要研究方向。

       為了降低變換器的體積，需要提高開(kāi)關(guān)頻率而實(shí)現(xiàn)高的功率密度，使用較小尺寸的磁性材料及被動(dòng)元件，但是提高頻率將使MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗與驅(qū)動(dòng)損耗大幅度增加，而軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的應(yīng)用可以降低開(kāi)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)、ZVS移相全橋技術(shù)及同步整流技術(shù)。

       有源箝位技術(shù)歷經(jīng)三代：第一代的有源箝位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(guò)90%。第二代的有源箝位技術(shù)，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(kāi)關(guān)(ZVS)邊界條件較窄，而且PMOS工作頻率也不理想。第三代有源箝位技術(shù)，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(kāi)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。

       ZVS移相全橋軟開(kāi)關(guān)技術(shù)技術(shù)在MOSFET的開(kāi)關(guān)速度不太理想時(shí)，對(duì)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(guò)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蝹?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(jí)，需另加邏輯電路以提供準(zhǔn)確的次極同步整流控制信號(hào)。現(xiàn)在的移相全橋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(hào)，但仍不能有效地達(dá)到二次側(cè)的ZVS/ZCS同步整流，但可以有效地提高變換器效率。LTC3722-1/-2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)。

       同步整流包括自驅(qū)動(dòng)與外部驅(qū)動(dòng)。自驅(qū)動(dòng)同步整流方法簡(jiǎn)單易行，但是次級(jí)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(duì)于12V以上至20V左右輸出電壓的變換則多采用專門(mén)的外部驅(qū)動(dòng)IC，這樣可以達(dá)到較好的電氣性能與更高的可靠性。

1. 建模與仿真

       開(kāi)關(guān)型變換器主要有小信號(hào)與大信號(hào)分析兩種建模方法。

       小信號(hào)分析法：主要是狀態(tài)空間平均法，可以說(shuō)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(lái)出現(xiàn)的如電流注入等效電路法、等效受控源法、三端開(kāi)關(guān)器件法等均屬于電路平均法的范疇。平均法的缺點(diǎn)是明顯的，對(duì)信號(hào)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(duì)諧振類(lèi)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(kāi)關(guān)頻率無(wú)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(kāi)關(guān)頻率，準(zhǔn)確性才會(huì)較高。

       大信號(hào)分析法：有解析法，相平面法，大信號(hào)等效電路模型法，開(kāi)關(guān)信號(hào)流法，n次諧波三端口模型法，KBM法及通用平均法、等效小參量信號(hào)分析法。

       建模的目的是為了仿真，繼而進(jìn)行穩(wěn)定性分析。近30年來(lái)，在開(kāi)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(zhǎng)，比較有代表性的有：Dr.SamBenYaakov的開(kāi)關(guān)電感模型;Dr.RayRidley的模型;基于Dr.VatcheVorperian的Orcad9.1的開(kāi)關(guān)電源平均Pspice模型;基于StevenSandler的ICAP4的開(kāi)關(guān)電源平均Isspice模型;基于Dr.VincentG.Bello的Cadence的開(kāi)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(tái)上進(jìn)行直流分析、小信號(hào)分析以及閉環(huán)大信號(hào)瞬態(tài)分析。

1. 數(shù)字化控制

       數(shù)字化的簡(jiǎn)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)用于通信用高頻開(kāi)關(guān)電源中。其可以取代很多模擬電路，完成電源的起動(dòng)、輸入與輸出的過(guò)、欠壓保護(hù)、輸出的過(guò)流與短路保護(hù)，及過(guò)熱保護(hù)等，通過(guò)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(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制功率開(kāi)關(guān)器件，并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制功能?，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(mén)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。

      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(cè)與均流，及控制延遲等因素將是需要急待解決的實(shí)際問(wèn)題。

1. 磁集

       隨著開(kāi)關(guān)頻率的提高，開(kāi)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(kāi)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。

自1995年至今，美國(guó)電力電子系統(tǒng)并中心(CPES)對(duì)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(duì)多相BUCK電感集成做了深入研究，且應(yīng)用于各種不同類(lèi)型的變換器中。

       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(lái)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(wèn)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(huì)提前飽和。因此，磁性器件集成的分析與研究將會(huì)更加復(fù)雜與困難。但是，其所帶來(lái)的高功率密度的優(yōu)勢(shì)，必是將來(lái)通信用高頻開(kāi)關(guān)電源的一大發(fā)展趨勢(shì)。

1. 制造工藝

       通信用高頻開(kāi)關(guān)電源的制造工藝相當(dāng)復(fù)雜，并且直接影響到電源系統(tǒng)的電氣功能、電磁兼容性及可靠性，而可靠性是通信電源的首要指標(biāo)。生產(chǎn)制造過(guò)程中完備的檢測(cè)手段，齊全的工藝監(jiān)控點(diǎn)與防靜電等措施的采用在很大程度上延續(xù)了產(chǎn)品最佳的設(shè)計(jì)性能，而SMD貼片器件的廣泛使用將可以大大提高焊接的可靠性。歐美國(guó)家從2006年起對(duì)電子產(chǎn)品要求無(wú)鉛工藝，這對(duì)通信電源中器件的選用及生產(chǎn)制造過(guò)程的控制提出更高、更嚴(yán)格的要求。

       目前最為吸引的技術(shù)是美國(guó)電力電子系統(tǒng)中心(CPEC)在近幾年提出的電力電子集成模塊(IPEM)的概念，俗稱“積木”。采用先進(jìn)的封裝技術(shù)而降低寄生因素以改進(jìn)電路中的電壓振鈴與效率，將驅(qū)動(dòng)電路與功率器件集成在一起以提高驅(qū)動(dòng)的速度因而降低開(kāi)關(guān)損耗。電力電子集成技術(shù)不僅能夠改進(jìn)瞬態(tài)電壓的調(diào)節(jié)，也能改進(jìn)功率密度與系統(tǒng)的效率。但是，這樣的集成模塊目前存在許多挑戰(zhàn)，主要是被動(dòng)與主動(dòng)器件的集成方式，并且較難達(dá)到最佳的熱設(shè)計(jì)。