1）電力電子設(shè)備的小型化、輕量化和高功率密度化

　　電力電子設(shè)備的發(fā)展方向之一是小型化，降低其體積、重量，提高功率密度。例如，隨著微處理器大規(guī)模集成電路（VLSI）尺寸的不斷減小， 而供電電源的尺寸與微處理器相比卻要大得多。因此，必須采取新的技術(shù)來(lái)降低開(kāi)關(guān)電源的體積重量。20世紀(jì)人們?cè)谔岣唛_(kāi)關(guān)電源功率密度方 面做了不少工作。開(kāi)關(guān)電源的小型化、減輕重量對(duì)便攜式電子設(shè)備（如移動(dòng)電話(huà)、數(shù)碼相機(jī)）尤為重要。為了實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源高功率密度，必須提 高PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作頻率，從而減小電路中儲(chǔ)能元件的體積和重量。

　　2）高頻電力電子技術(shù)

　　1980年以前，開(kāi)關(guān)電源中PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率為20～50 kHz，從1980年起，提高開(kāi)關(guān)頻率成為減少開(kāi)關(guān)電源尺寸的有效手段，同時(shí) 也改善了開(kāi)關(guān)電源的動(dòng)態(tài)性能?，F(xiàn)在⒛0～500 kHz已成為輸出100 W以下開(kāi)關(guān)電源的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)關(guān)頻率。特殊制造的小功率開(kāi)關(guān)電源，其開(kāi)關(guān)頻率已 經(jīng)達(dá)到了幾兆赫。

　　200W以下的小功率高頻開(kāi)關(guān)電源的DC/DC轉(zhuǎn)換器做成標(biāo)準(zhǔn)模塊，外形像一塊磚。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，按外形尺寸以磚（Brick）為標(biāo)準(zhǔn)單位分類(lèi)。例 如，1/8磚、1/4磚、1/2磚（尺寸分別為0.8in×2.3in×0.36in、1.45in×2.3in×0.4in和2.4in×2.3in×0.4in）和全磚。2004年又推出了1/16磚的DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊。

　　如表給出了20世紀(jì)70年代以后的30年，通信和計(jì)算機(jī)用開(kāi)關(guān)電源DC/DC轉(zhuǎn)換器高功率密度的發(fā)展進(jìn)程?？梢?jiàn)，高頻化、高功率密度和高效率是 開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的重要標(biāo)志。

　　如表 開(kāi)關(guān)電源DC/DC轉(zhuǎn)換器的發(fā)展進(jìn)程

　　3）高效率和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

　　PWM開(kāi)關(guān)電源按硬開(kāi)關(guān)模式工作時(shí)，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，功率開(kāi)關(guān)器件的電壓和電流波形有交疊，因而開(kāi)關(guān)損耗大。高頻化可以縮小感性元件和容 性元件的體積重量，但開(kāi)關(guān)頻率越高，開(kāi)關(guān)損耗越大。為此，必須采取措施來(lái)提高高開(kāi)關(guān)頻率DC/DC轉(zhuǎn)換器的效率。人們研究了在開(kāi)關(guān)過(guò)程中開(kāi) 關(guān)器件的電壓和電流波形不相交疊的技術(shù)，即所謂零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）和零電流開(kāi)關(guān)（ZCS）技術(shù)，總稱(chēng)為軟開(kāi)關(guān)技術(shù)（相對(duì)于PWM硬開(kāi)關(guān)技術(shù)而言）。 除了減小開(kāi)關(guān)損耗以外，應(yīng)用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)還可以大大降低開(kāi)關(guān)的噪聲，以及減小了開(kāi)關(guān)電源對(duì)外界的電磁干擾。

　　20世紀(jì)90年代中期，30A/48V PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器采用移相全橋ZVS-PWM技術(shù)后，重7kg，比用PWM技術(shù)的同類(lèi)產(chǎn)品重量下降40％。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的 開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，提高了開(kāi)關(guān)電源的效率。據(jù)說(shuō)，近國(guó)外小功率DC/DC轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)電源模塊（48/12V）總效率可以達(dá)到96％；48/5V DC/DC轉(zhuǎn)換器開(kāi) 關(guān)電源模塊的效率可以達(dá)到92％～93％。⒛世紀(jì)末，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的通信用50～100 A輸出，全橋移相式ZVZCS-PWM開(kāi)關(guān)電源模塊的效率超過(guò)93％。

　　1994年2月，IEEE電力電子學(xué)會(huì)組織“功率轉(zhuǎn)換技術(shù)2000年展望專(zhuān)題研討會(huì)”，就DC/DC及AC/DC功率轉(zhuǎn)換器的發(fā)展趨勢(shì)與需求進(jìn)行討論。指出 “高功率密度DC/DC零電壓開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器”與開(kāi)關(guān)器件的性能、無(wú)源元件的性能、封裝技術(shù)等有很大關(guān)系。并預(yù)測(cè)，與1994年相比，到2000年，在 保證可靠性增強(qiáng)一倍的基礎(chǔ)上，DC/DC轉(zhuǎn)換器的成本將降低一半，功率密度可以提高一倍。事實(shí)證明，有的DC/DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了這個(gè)目 標(biāo)。

　　4）同步整流技術(shù)

　　對(duì)于低電壓大電流輸出的開(kāi)關(guān)電源，進(jìn)一步提高其效率的措施是：在應(yīng)用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以功率MOS管反接作為整流用開(kāi)關(guān)二極管，稱(chēng) 為同步整流（Synchronous Rectifier，SR），用皿代替肖特基二極管（SBD）可以降低整流管壓降，從而提高開(kāi)關(guān)電源的效率。有報(bào)道稱(chēng)，應(yīng)用軟 開(kāi)關(guān)和同步整流技術(shù)的小功率DC/DC轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)電源，48/12V模塊的效率可以達(dá)到96％、48％/5V模塊的效率可以達(dá)到92％～93％。

　　日本在一臺(tái)100 W的軟開(kāi)關(guān)（ZVS）開(kāi)關(guān)電源上試驗(yàn)的結(jié)果是，用SBD的開(kāi)關(guān)電源效率為83％，電路損耗（包括整流器件、變壓器、開(kāi)關(guān)管、控制 電路、濾波器等）為21W；而改用SR后的開(kāi)關(guān)電源效率為90％，電路損耗為11W。

　　5）壓電變壓器

　　在高頻開(kāi)關(guān)電源中，應(yīng)用壓電（Piezo-e1ectric）變壓器（簡(jiǎn)稱(chēng)PET）可以使開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)輕、小、薄和高功率密度。例如，一臺(tái)DC/DC開(kāi)關(guān)電源中 的PET，其DC/DC轉(zhuǎn)換器輸人為有源鉗位ZVS逆變電路，產(chǎn)生梯形波交流電，經(jīng)過(guò)PET輸出給整流濾波電路。這里應(yīng)指明的是，PET不屬于磁元件的 范圍。

　　壓電變壓器是利用壓電陶瓷材料特有的電壓一振動(dòng)轉(zhuǎn)換和振動(dòng)一電壓轉(zhuǎn)換的性質(zhì)傳送電能的，其等效電路如同一個(gè)串并聯(lián)諧振電路。它是功率 轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，研究的內(nèi)容包括：壓電材料的損耗評(píng)估、PET設(shè)計(jì)計(jì)算方法，仿真、參數(shù)分析、有限元分析、振動(dòng)速度極限、PET的 高頻性能等。國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出50 W的PET。在高頻DC/DC轉(zhuǎn)換器中，PET的應(yīng)用已有報(bào)道：如輸出24 W、12 V的2 MHz DC/DC轉(zhuǎn)換器（其中PET電壓 變比為5:1），輸出2W、1200V AC的口光燈電源（PET電壓變比為1:20），冷陰極熒光燈和霓虹燈逆變器等。如圖所示為DC/DC轉(zhuǎn)換器中的壓電變壓 器，其輸入為有源鉗位ZVS逆變電路，產(chǎn)生梯形波交流電，輸出為整流濾波電路，壓電變壓器如同串、并聯(lián)諧振電路。

　　如圖 DC/DC轉(zhuǎn)換器中的壓電變壓器