30kHz高频开关电源变压器的设计

30kHz高频开关电源变压器的设计

Design of 30kHz High－frequency SMPS Transformer

　　南京电子技术研究所冯挹(南京210013）

   在传统的高频变压器设计中，由于磁心材料的，其工作频率较低，一般在20kHz左右。随着电源技术的不断发展，电源系统的小型化，高频化和高功率比已成为一个永恒的研究方向和发展趋势。因此，研究使用频率更高的电源变压器是降低电源系统体积，提高电源输出功率比的关键因素。本文根据超微晶合金的优异电磁性能，通过示例介绍30kHz超微晶高频开关电源变压器的设计。

1变压器的性能指标

　　电路形式：半桥式开关电源变换器原理见图1：

      工作频率f：30kHz

　　变换器输入电压Ui:DC300V

　　变换器输出电压U0:DC2100V

　　变换器输出电流Io:0.08A

　　整流电路：桥式整流

　　占空比D：1％～90％

　　输出效率η:≥80％

　　耐压：DC12kV

　　温升：＋50℃

　　工作环境条件:－55℃～＋85℃

2变压器磁心的选择与工作点确定

　　从变压器的性能指标要求可知，传统的薄带硅钢、铁氧体材料已很难满足变压器在频率、使用环境方面的设计要求。磁心的材料只有从坡莫合金、钴基非晶态合金和超微晶合金三种材料中来考虑，但坡莫合金、钴基非晶态价格高，约为超微晶合金的数倍，而饱和磁感应强度Bs却为超微晶合金2/3左右，且加工工艺复杂。因此，综合三种材料的性能比较（表1），选择饱和磁感应强度Bs高，温度稳定性好，价格低廉，加工方便的超微晶合金有利于变压器技术指标的实现。

图1（1）钴基非晶态合金和超微晶合金的主要磁性能比较

材料	饱和磁感应强度/T	矫顽力/A·m－1	居里温度/℃	比损耗20kHz0.5T/W·kg－1	工作频率/kHz	工作温度/℃
超微晶合金	1.2	0.48～1.2		25	～150	～150
钴基非晶态	0.8	1.2	340	20	～100	～120
坡莫合金	0.7	1.99	480	30	～50	～200

　　磁心工作点的选择往往从磁心的材料，变压器的工作状态，工作频率，输出功率，绝缘耐压等因素来考虑。超微晶合金的饱和磁感应强度Bs较高约为1.2T，在双极性开关电源变压器的设计中，磁心的最大工作磁感应强度Bm一般可取到0.6～0.7T，经特别处理的磁心，Bm可达到0.9T。在本设计中，由于工作频率、绝缘耐压、使用环境的原因，把最大工作磁感应强度Bm定在0.6T，而磁心结构则定为不切口的矩形磁心。这种结构的磁心与环形磁心相比具有线圈绕制方便、分布参数影响小、磁心窗口利用率高、散热性好、系统绝缘可靠、但电磁兼容性较差。

3变压器主要参数的计算

3.1变压器的计算功率

半桥式变换器的输出电路为桥式整流时，其开关电源变压器的计算功率为：

Pt=UoIo(1＋1/η)(1)

将Uo=2100V,Io=0.08A,η=80％代入式（1），可得Pt=378W。

3.2变压器的设计输出能力

变压器的设计输出能力为：

Ap=(Pt·104/4BmfKWKJ)1.16（2）

式中：工作频率f为30kHz，工作磁感应强度Bm取0.6T，磁心的窗口占空系数KW取0.2，矩形磁心的电流密度（温升为50℃时）KJ取468。经计算，变压器的设计输出能力AP=0.511cm4。

3.3变压器的实际输出能力

铁基超微晶铁心及超微晶软磁合金通过省级技术鉴定

　　1999年10月24日，由江西省科委等机关委托主持的对江西大有科技有限公司研制的新产品DY－ON型铁基超微晶磁铁心和超微晶软磁合金通过了省级技术鉴定，获得与会专家学者的高度评价，一致认为这两项产品性能稳定，各项技术指标分别达到美国UL94－P标准和国标GBm292－技术要求，在国内同类产品中具有特色。

　　非晶态（超微晶）软磁合金，是90年代世界六大高科技新型材料之一，它具有优异的特点，目前国内市场供不应求，前景广阔。

　　联系人：江西省宜春市东风大街62号宜春地区粮食局（336000）方华平

   变压器的输出能力即磁心的输出能力，它取决于磁心面积的乘积（AP），其值等于磁心有效截面积（AC）和它的窗口截面积（Am）的乘积，即：AP=ACAm(3)

   在变压器的设计中，变压器的输出能力必须大于它的设计输出能力。在设计中，我们选用的矩形磁心的尺寸为：10×10×39×13.4（即：a=10mm，b=10mm，c=13.4mm，h=39mm），实际AP达3.66cm4(其中磁心截面积的占空系数KC取0.7)，大于变压器的设计输出能力0.511cm4，因此，该磁心能够满足设计使用要求。

3.4绕组计算

初级匝数：D取50％，Ton=D/f=0.5/(30×103)=16.67μs,

忽略开关管压降，Up1=Ui/2=150V。

N1=Up1Ton10－2/2BmAc=(150×16.67)10－2

/(2×0.6×1×1×0.7)=29.77匝

取N1=30匝

次级匝数：忽略整流管压降，Up2=Uo=2100V。

N2=Up2N1/Up1=(30×2100)/150=420匝

3.5导线线径

Ip1=Up2Ip2/Up1=0.08×2100/150=1.12A

电流密度：J=KjAp－0.1410－2=468×0.511－0.14

×10－2=5.14A/mm2

考虑到线包损耗与温升，把电流密度定为4A/mm2

（1）初级绕组：

计算导线截面积为Sm1=Ip1/J=1.12/4=0.28mm2

初级绕组的线径可选d=0.63mm,其截面积为0.312mm2的圆铜线。

(2)次级绕组：

计算导线截面积为Sm2=Ip2/J=0.08/4=0.02mm2。

次级绕组的线径可选d=0.16mm的圆铜线，其截面积为0.02mm2。为了方便线圈绕制也可选用线径较粗的导线。

4线圈绕制与绝缘

　　为减小分布参数的影响，初级采用双腿并绕连接的结构，次级采用分段绕制，串联相接的方式，降低绕组间的电压差，提高变压器的可靠性，绕制后的线圈厚度约为4.5mm。小于磁心窗口宽度13.4mm的一半。在变压器的绝缘方面，线圈绝缘选用抗电强度高、介质损耗低的复合纤维绝缘纸，提高初、次级之间的绝缘强度和抗电晕能力。变压器绝缘则采用整体灌注的方法来保证变压器的绝缘使用要求。

5结束语

该超微晶开关电源变压器，环氧灌注绝缘后通过了产品的电性能检测和机载条件的环境试验，已用于机载设备，变压器的温升<35℃，工作效率达到90％以上，且波形质量优异，电性能参数稳定。超微晶合金薄带是新型的软磁合金，电磁性能优异，价格低廉，环境适应能力强，在高频电磁元件领域具有广阔的应用前景，特别是在阵面雷达系统中的电源、激励变压器、电感等。在100kHz的使用条件下，可以取代铁氧体、坡莫合金用作磁心材料。

电子变压器和电感器的国际标准及采用情况分析 

李克文,陈浩,王冬梅,刘剑,胡滨 

（全国磁性元件与铁氧体材料标准化技术委员会，四川绵阳621000） 

摘要：简述了电子变压器和电感器的IEC国际标准状况，讨论分析了国家标准、电子行业标准采用IEC国际标准的情况。 

1概述 

电子变压器是电力变压器以外的中小型变压器，主要用于通信和电子设备中，在电子线路中起着电磁能量的转换、隔离和阻抗匹配的作用，在信息产业技术中是一种不可代替的基础功能的磁性元件。由于电子变压器的种类多、规格多、生产和使用单位多，随着商品交换和市场经济的发展，及我国加入WTO后对采用国际标准加快速度的要求，电子变压器的标准化就显得越来越重要，越来越迫切。为了推动电子变压器标准化工作的全面开展，我们对电子变压器的IEC国际标准及采用情况进行简要分析，并对现行电子变压器和电感器的国家标准、电子行业标准以及国家军用标准进行了介绍。 

2电子变压器国际标准的制定和归口 

电子变压器的国际标准由国际电工委员会（IEC）第51技术委员会（TC51）《磁性元件与铁氧体材料》技术委员会负责制定，具体由TC51第9工作组（WG9）“感性元件组”负责并组织起草。对应IEC/TC51的国家标准化技术组织是CSBTS/TC“全国磁性元件与铁氧体材料标准化技术委员会”，全国磁标委员会受标准化行政机构和信息产业部委托，承担IEC/TC51国际标准的国内技术归口工作，并承担磁性元件与铁氧体材料专业领域内的国家标准、行业标准的组织制定和技术审查工作。 

3电子变压器和电感器的国际标准及采用情况 

由于电子变压器和电感器同属于“感性元件”，同时由IEC/TC51第9工作组负责制定，因此下面对电子变压器和电感器标准一并进行介绍。 

3．1电子变压器和电感器的国际标准及采用情况 

IEC/TC51的标准到目前为止共有60个，其中属电子变压器和电感器的标准只有15个，占整个标准的25％，具体标准的名称及采用情况见表1。 

从表1可知，15个电子变压器和电感器的国际标准中，有11个被采用为相应的国家标准或行业标准，采标率为73.3％，其中等同采用IEC标准的有5个，等同采用IEC/TC51（Sec）文件的有6个（GB/T14860－1993、SJ/T10615－1995、GB/T15183－1994、GB/T15184－1994、SJ/T16014－1995、SJ/T16015－1995），这6个采用的IEC/TC51（Sec）文件是现行IEC正式标准形成过程中的中间文件。目前尚有4个IEC标准未被用作相应的国家标准或行业标准。 

表 1 电 子 变 压 器 和 电 感 器 的 国 际 标 准 及 采 用 情 况 

序号	国际标准号	国际标准英文名称	国标、行标号	标准名称	采用程度
1	IEC 60852－1Ed.1.0－1986	Outline dimensions of transformers and inductors for use in telecommunication and electronic equip_ment.－Part1:Transformers and inductors using YEI－1 laminations	GB/T 14006.1－1992	通信和电子设备用变压器和电感器的外形尺寸 第1部分：采用YEI－1铁心片的变压器和电感器	等同
2	IEC 60852－2Ed.1.0－1992	Outline dimensions of transformers and inductors for use in telecommunication and electronic equip_ment－Part2:transformers and inductos using YEx－2 laminations for printed wiring board mounting	GB/T 14006.2－1997	通信和电子设备用变压器和电感器的外形尺寸 第2部分：采用YEx－2系列用于印制电路安装式的变压器和电感器	等同
3	IEC 60852－3Ed.1.0－1992	Outline dimensions of transformers and inductors for use in telecommunication and electronic equip_ment－Part3:Transformers and inductors using YUI－1 laminations	GB/T 14006.3－1997	通信和电子设备用变压器和电感器的外形尺寸 第3部分：采用YUI－1铁心片的变压器和电感器	等同
4	IEC 60852－4Ed.1.0－1996	Outline dimensions of transformers and inductors for use in telecommunication and electronic equip_ment－Part4:Transformers and inductors using YUI－2 laminations		通信和电子设备用变压器和电感器的外形尺寸 第4部分：采用YUI－2铁心片的变压器和电感器	暂未使用
5	IEC 60852－5Ed.1.0－1994	Outline dimensions of transformers and inductors for use in telecommunication and electronic equip_ment－Part5:Transformers and inductors using the series Q of C－cores		通信和电子设备用变压器和电感器的外形尺寸 第5部分：采用C形磁心Q系列的变压器和电感器	暂未使用
6	IEC 61007Ed.2.0－1994	Transformers and inductors for use in electronic and telecommunication equipment－Measuring methods and test procedures	GB/T 8554－1998	电子和通信设备用变压器和电感器 测量方法和试验程序	等同
7	IEC 61248－1Ed.1.0－1996	Transformers and inductors for use in electronic and telecommunication equipment－Prat1:Generic specification	GB/T 14860－1993	电子和通信设备用变压器和电感器 第1部分：总规范	等同采用51(Sec)260:1991
8	IEC 61248－2Ed.1.0－1996	Transformers and inductors for use in electronic and telecommunication equipment－Prat2:Sectional specification for signal transformers on the basis of the capability approval procedure	SJ/T 10615－1995	电子和通信设备用变压器和电感器 第2部分：供能力认证用的信号变压器分规范	等同采用51(Sec)261:1991
9	IEC 61248－3Ed.1.0－1996	Transformers and inductors for use in electronic and telecommunication equipment－Prat3:Sectional specification for power transformers on the basis of the capability approval procedure	GB/T 15183－1994	电子和通信设备用变压器和电感器 第3部分：供能力认证用的功率变压器分规范	等同采用51(Sec)262:1991
10	IEC 61248－4Ed.1.0－1996	Transformers and inductors for use in electronic and telecommunication equipment－Prat4:Sectional specification for power transformers for switched mode power supplies(SMPS) on the basis of the capability approval procedure	GB/T 15184－1994	电子和通信设备用变压器和电感器 第4部分；供能力认证用的开关电源分规范	等同采用51(Sec)263:1991
11	IEC 61248－5Ed.1.0－1996	Transformers and inductors for use in electronic and telecommunication equipment－Prat5:Sectional specification for pulse transformers on the basis of the capability approval procedure	SJ/T 16016－1995	电子和通信设备用变压器和电感器 第5部分：供能力认证用的脉冲变压器分规范	等同采用51(Sec)2:1991
12	IEC 61248－6Ed.1.0－1996	Transformers and inductors for use in electronic and telecommunication equipment－Prst6:Sectional specification for inductors on the basis of the capa_bility approval procedure	SJ/T 16014－1995	电子和通信设备用变压器和电感器 第6部分：供能力认证用的电感器分规范	等同采用51(Sec)265:1991
13	IEC 61248－6Ed.1.0－1996	Transformers and inductors for use in electronic and telecommunication equipment－Prat7:Sectional specification for high－frequency inductors and in_termediate frequency transformers on the basis of the capability approval procedure	GB/Txxxx－200x(2001年报批)	电子和通信设备用变压器和电感器 第7部分：从能力认证用的高频电感器和中频变压器分规范	等同
14	IEC 61605Ed.1.0－1996	Fixed inductors for use in electronic and telecom_munication equipment－Marking codes		电子和通信设备用固定电感器—标识码	暂未使用
15	IEC 61797－1Ed.1.0－1996	Transformers and inductors for use in telecommuni_cation and electronic Equipment Main dimensions of coil formers－Prat1:Coil formers for laminated cores		电子和通信设备用变压器和电感器—线圈框架的主要尺寸—第1部分：叠片磁心的线圈框架	暂未使用

3．2电子变压器、电感器国际标准的特点 

电子变压器和电感器的国际标准除EC61007 

《电子和通信设备用变压器和电感器测量方法和试验程序》外，其余的标准都是以系列标准成套制定，先后发布，其中IEC60852.1、IEC60852.2、IEC60852.3、IEC60852.4、IEC60852.5都是采用不同铁心片和磁芯的电子变压器和电感器的外形尺寸系列标准；IEC61248.1、IEC61248.2、IEC61248.3、IEC61248.4、IEC61248.5、IEC61248.6、IEC61248.7是电子和通信设备用变压器和电感器总规范和分规范系列标准，IEC61248系列标准是供能力认证用的标准，是制定电子和通信设备用变压器和电感器产品标准的兰本和依据。IEC61791系列标准是《通信和电子设备用变压器和电感器——线圈框架和的主要尺寸》标准，目前发布了该系列标准的第1部分IEC61791—1；1996，该标准是通信和电子设备用变压器和电感器中使用的叠片磁心线圈框架的主要尺寸标准。电子变压器和电感器的国际标准成套制定，是其特点之一。 

电子变压器和电感器的国际标准除多以系列标准制订外，另一个特点就是这二类标准基本上都是一起制定和发布，除IEC61605《电子和通信设备用固定电感器—标识码》外，其余的所有标准都以“电子和通信设备用变压器和电感器”或“通信和电子设备用变压器和电感器”为标准化对象，即标准名称中的引导要素相同，在标准的相同引导要素下，用不同的主体要素和补充要素以区别标准的个性特征。 

3．3电子变压器和电感器国际标准的采用情况 

整个IEC/TC51的国际标准现有60个，有40个标准已转化为相应的国家标准和/或行业标准，采用率（转化率）为66.7％。属电子变压器和电感器的国际标准有15个，其中11个已转化为相应的国家标准或行业标准，采用率（转化率）为73.3％，高于整个磁性元件与铁氧体材料国际标准的采用率。但是从表1看出，等同采用国际标准的只有GB/T14006.1－1992（idtIEC60852. 

1:1986）、GB/T14006.2－1997(idtIEC60852.2:1992)、GB/T14006.3－1997（idtIEC60852.3:1992）、GB/T8554－1998（idtIEC61007:1994）GB/T××××－200×(idtIEC61248.7:1997)。IEC612484系列标准中除IEC61248.7:1997今年已等同采用国家标准外，其余6个标准都是1996年发布的，在国际标准发布以前，我国先后于1993年、1994年、1995年发布了相同国际标准名称的国家标准和行业标准，但这些标准都是按51（sec）文件等同制定的，并且多数还不是国际标准发布前的最后一个51（sec）文件，因此按51（sec）260：1991、51(sec)261:1991:51(sec)262:1991、51（sec）263:1991、51（sec）2:1991、51（sec）265:1991等同制定的GB/T14860－1993、 SJ/T10615－1995、GB/T15183－1994、GB/T15184－1994、 SJ/T16016－1995、 SJ/T10614－1995等3个国家标准和3个行业标准在适当时候应该按现行的IEC正式标准进行修订，即按现行有效的IEC标准转化为相应的国际和行标。 

在现行的电子变压器和电感器国际标准中尚有4个标准未能转化为相应的国家标准和行业标准，其原因是对这4个标准尚未进行分析，未列入标准制定计划中。 

3．4电子变压器和电感器国际标准的发展 

IEC国标电工委员会是由所有国家电工委员会（IEC国家委员会）组成的，所制定的标准采用推荐的形式。 

电子变压器和电感器国际标准的发展有二个趋势，一个是完善现有的IEC61248供能力认证用的电子和通信设备用变压器和电感器标准系列，IEC60852通信和电子设备用变压器和电感器的外形尺寸标准系列，IEC61797通信和电子设备用变压器和电感器的线圈框架主要尺寸标准系列。电子变压器和电感器国际标准发展的另一个趋势是创新的变压器标准的制定，即适应表面安装技术发展的平面变压器和电感器的标准制定，目前IEC62024《高频感性元件——电性能和测量方法》的标准系列已开始制定，IEC62024－1《高频感性元件——电性能和测量方法第1部分：纳亨范围内片式电感器》已进入征求意见阶段，估计2002年会正式发布。 

4电子变压器和电感器的国家标准和行业标准 

电子变压器和电感器的标准仅指以电子变压器和电感器为标准化对象而制定的标准，不包括组成电子变压器和电感器的铁心、磁心标准。1993年原国家技术监督局和原电子部组织全国各专业标准化技术委员会对电子工业现行标准进行了一次清理，并以电子科[1993]440号附件正式出版了《电子工业部现行标准清理整顿结果汇编》。电子变压器和电感器标准经1993年标准清理整顿以后至今共有国家标准13个，电子行业标准68个（含行军标）。 

4．1电子变压器和电感器的国家标准 

GB/T2900.15－1997电工术语、变压器、互感器、调压器和电抗器 

GB/T8554－1998电子和通信设备用变压器和电感器测量方法和试验程序（代替GB8554－1987） 

GB/T19367－1988彩色电视接收机用回扫变压器总技术条件 

GB/T13028－1991隔离变压器和安全变压器技术要求 

GB/T14006.1－19992通信和电子设备用变压器和电感器外形尺寸第1部分：采用YEI—1铁心片的变压器和电感器 

GB/T14006.2－1997通信和电子设备用变压器和电感器外形尺寸第2部分：采用YEx－2系列的铁心片印制电路板安装式变压器和电感器 

GB/T14006.3－1997通信和电子设备用变压器和电感器外形尺寸第3部分：采用YUI－1铁心片的变压器和电感器 

GB/T14860－1993通信和电子设备用变压器和电感器总规范 

GB/T15183－1994按能力认证批准评定质量的电子设备用电源变压器分规范 

GB/T15184－1994按能力认证批准评定质量的电子设备用开关电源变压器分规范 

GB/T15290－1994电子设备用电源变压器和滤波器扼流圈总技术条件 

GB/T16512－1996抑制射频干扰固定电感器第1部分：总规范 

GB/T16513－1996抑制射频干扰固定电感器第2部分：分规范试验方法和一般要求的选择 

以上国家标准绝大多数都是等同或修改采用IEC标准制定的，具有和IEC标准相同的技术水平，这些国家标准是制定行业标准和产品企业标准的技术规范，均属产品质量标准范畴。 

5电子变压器和电感器的军用标准 

电子变压器和电感器不仅民用，而且在军用电子和通信设备及系统中也有广泛的应用，因此就产生了国家军用标准对电子变压器和电感器的需求。电子变压器和电感器国家军用标准目前有以下8个： 

GJB/Z59.1－94军用磁性元件系列型谱电感器 

GJB675－有可靠性指标的模制射频固定电感器总规范 

GJB1435－92开关电源变压器总规范 

GJB1521－92小功率脉冲变压器总规范 

GJB1660－93阴极射线管用偏转线圈总规范 

GJB1661－93中频、射频和鉴频变压器总规范 

GJB1684－94射频固定和可变片式电感器总规范 

GJB2819－97音频、电源和大功率脉冲变压器和电感器总规范 

上述8个标准中除 GJB/Z59.1－94《军用磁性元件系列型谱电感器》是军用指导性文件外，其余7项标准都是强制性标准，这些标准基本上都是等同或修改转化美国MIL标准形成的。这些标准和民用标准的最大区别是质量保证规定的不同。在我国，凡从事军用电子变压器和电感器研制生产的单位应该充分学习和贯彻上述标，并制定相应产品的行军标、企军标详细规范。 

6部分电子行业标准 

电子变压器和电感器的电子行业标准经1993年清理整顿后作废了16个，至今现行标准有68个，包括产品的总规范、总技术条件、一揽子产品标准、质量分等标准、测试试验方法标准、可靠性标准、设计计算方法标准等等。下面是部分电子行业标准的编号及名称： 

SJ/T2533－1984雷达用高压和大功率脉冲变压器通用技术条件 

SJ/T2587－1985黑白广播电视接收机用一体化回扫变压器总技术条件 

SJ/T2916－1988彩色电视广播接收机用开关电源变压器总技术条件 

SJ/T2917－1988彩色电视广播接收机用枕校变压器总技术条件 

SJ/T2918－1988彩色电视广播接收机用行推动变压器总技术条件 

SJ/T2919－1988彩色电视广播接收机用音频输出变压器总技术条件 

SJ/T2945－1988彩色电视广播接收机用行线性线圈变压器总技术条件 

SJ/T2946－1988彩色电视广播接收机用中频变压器及可调线圈总技术条件 

SJ/Z9127－1987音响、收音和电视设备用变压器和电动机变压器 

SJ/T10003－1991TDK型电源变压器 

SJ/T10004－1991BCK型开关电源变压器 

SJ/T10005－1991BCC型音频输出变压器 

SJ/T11132－1997微波炉用电源变压器 

SJ/T10139－1991半导体调频广播接收机用中频变压器 

SJ/T10528－1994彩色电视接收机用偏转线圈通用技术条件 

SJ/T10615－1995按能力批准程序评定质量的电子设备用信号变压器分规范 

SJ/T10616－1995按能力批准程度评定质量的电子设备用脉冲变压器分规范 

SJ/T10662－1995黑白电视接收机用偏转线圈通用技术条件 

SJ/T10685－1995半导体调幅广播收音机用中频变压器及振荡线圈 

SJ/T20473－1994电子变压器和电感器可靠性保证要求 

SJ/T9504－1993彩色电视接收机用回扫变压器质量分等标准 

SJ/T9552.1－1993彩色电视接收机用行线性线圈质量分等标准 

SJ/T9552.2－1993彩色电视接收机用消磁线圈质量分等标准 

SJ/T9552.3－1993彩色电视接收机用开关电源变压器质量分等标准 

SJ/T9552.4－1993彩色电视接收机用高频输出变压器质量分等标准 

SJ/T9552.5－1993彩色电视接收机用枕形校正变压器质量分等标准 

SJ/T9552.6－1993彩色电视接收机用电源变压器质量分等标准 

SJ/T1758－1981400Hz三相E形铁心电源变压器典型计算 

SJ/T1762－198150Hz单相C形铁心变压器和滤波器阻流圈典型计算 

SJ/T2165－1982单相C形铁心电源变压器和滤波器阻流圈典型计算 

查阅所有电子变压器和电感器的电子行业标准，发现不足1/5的标准是采用IEC标准制定的，并且相关标准间名词术语、符号、代号以及技术要求等不完全统一，因此在使用标准时需对所贯彻采用的标准要进行分析、研究、对比，对技术要求的采用原则一般是就高不就低，这样才能促进技术进步和产品质量提高。 

7企业是制定标准的主体 

去年11月11日，我国正式加入世界贸易组织（WTO），在此前的一个月，中国国家标准化管理委员会暨国家标准管理局成立。国家标准委的成立，是我国标准化工作的崭新里程碑。在国家标准委的成立大会上，国务委员吴仪和国家质量监督检验检疫总局李长江、国家标准委李忠海主任作了重要讲话：“加强标准化工作，是进入WTO后的重要的应对工作之一”。吴仪强调指出：“标准化工作是我国社会主义市场经济逐步完善的必要条件，是我国经济结构战略性调整、实现科技创新的产业升级的技术支撑，也是我国加入世界贸易组织，应对各种技术性贸易壁垒的重要手段。”面临入世后的新形势和我国逐步完善社会主义市场经济的需要，我国标准化工作还显得滞后，存在一些突出问题，诸如我国标准水平偏低，标准实施状况较差，我国标准化研究工作薄弱，国标、行标的标龄过长，修订不及时，高新技术标准严重缺乏等。电子变压器和电感器的标准化工作存在的问题基本上和全国标准化工作一样，要改变这种状况，国标委明确提出“我们要大力加强标准化知识的普及和宣传，提高全体国民的标准化意识；要加强对国际标准和国外先进标准的研究；推动企业采用国际标准和国外先进标准；要大力加强企业的标准化工作，从源头上狠抓质量，要高度重视新技术标准化工作；要按照国际通行规划，按照WTO/TBT协议“良好标准行业规范”的要求，逐步改革我国的标准化工作，应该看到，提高质量的前提首先是提高标准水平，没有高水平的标准，就没有高质量的产品。随着国际间贸易的扩大和发展，标准化已成为国际市场竞争的重要工具，标准是否先进已成为决定竞争胜负的主要因素，标准化工作作为国民经济和社会发展的技术基础工作，将发挥不可替代的重要作用。 

标准化工作的基础是企业。企业不仅是市场竞争、技术创新和技术开发的主体，也是制定标准的主体，是研究和提出标准的主体力量。理所当然，企业标准是企业自己制定和发布，企业也应该关注国家标准和行业标准，成为国家标准和行业标准制定的主体，（这样企业不仅为国家标准化工作作出了贡献，也为企业扩大了影响，提高了社会经济效益。）因此，希望更多的电子变压器和电感器的生产研制单位参加标准的制定和修订工作。目前电子变压器和电感器的IEC标准以及电子变压器和电感器用的铁心标准，尚有部分标准未转化为相应的国家标准和行业标准；有的电子变压器和电感器的行业标准的标龄太长，需要修订，特别是设计典型计算方法的电子行业标准，已不适应发展的需要，电子变压器和电感器厂家参加国际标准化工作特别薄弱；电子变压器和电感器生产研制单位参加全国磁标委的很少，如此等等。1999年～2000年电子变压器行业协会负责起草制定了《单相R型变压器用铁心》和《单相R型铁心变压器》两项电子行业标准，为行业和企业作出了贡献。但2000年在全国磁标委第三届二次会议上提出的《R磁芯变压器附件尺寸》和《稳压变压器分规范》两项计划建议都无单位承担，由此可见，电子变压器和电感器生产研制企业对制定国标和行标尚缺乏积极性，关键是一些企业领导的标准化意识薄弱。信息产业部吕新奎副在1999年信息产业部标准化工作会议上的工作报告中指出“企业必须树立标准化意识，特别是企业的高层管理者，要认清标准在支持企业参与市场竞争方面的重要作用，学会运用标准化手段指导、支持产品开发和营销活动。企业要从单纯依靠部门组织制（修）订标准的襁褓中走出来，不仅要学会为自主研究开发的产品制定产品规范，养成开发产品时就订出产品规范的习惯，还要养成向行业推荐标准草案的习惯，这样做，不仅为行业做了贡献，而且所提草案被定为行业标准、国家标准，企业将大大增强自身的竞争实力”。企业不仅要积极采用国际标准和国外先进标准，不仅要认真贯彻国家标准、行业标准，更要发挥企业技术创新和制定标准的主体作用。全国磁性元件与铁氧体材料标准化技术委员会将努力做好电子变压器和电感器的标准化工作，希望得到电子变压器行业协会和电子变压器及电感器生产企业的积极支持和参与，希望有更多的电子变压器和电感器的科研、生产、经销单位加入全国磁性元件与铁氧体材料标准化技术委员会，共同推进电子变压器和电感器国家标准和行业标准的制修订工作。 

通信电源技术的发展 

  

[摘要]：简要回顾了20世纪通信开关电源技术发展和取得的成就；高功率密度、高功率、高性能、高可靠性仍然是今后通信开关电源的发展方向。提出了21世纪我国应注意开发的通信开关电源技术；碳化硅(SiC)功率半导体器件、平面磁心及平面变压器、集成磁元件、磁电混合集成元件、S4高功率因数开关变换器、低电压大电流DC-DC变换器(VRM)、电源EMI、可靠性和热分布的设计及测试等技术的开发、研究与应用等。

　　[关键词]：通信 开关电源 DC-DC开关变换器

　　一、通信电源技术发展历程

　　通信用AC-DC电源早期采用铁磁谐振稳压器(FerroResonance Stabilizer)和半导体整流器组成的电源系统。70年代改用相控稳压电源(Phase-Conrolled Stabilizer)以晶闸管(Thyristor)即硅可控整流元件(SCR)为主，组成380(220)V AC/48V DC稳压系统，称为相控整流器(Phase-Conrolled Rectirier)。所需±5V、±12V DC由线性电子稳压电源或其它稳压电源供给。

　　80年代，大功率AC/DC开关电源(400V AC输入、输出48V DC、500W-6kW)成为通信系统一次电源的主流产品，称为开关整流器SMR(Switching-mode Rectifier)。配置48/±5，±12V DC-DC开关变换器模块和铃流模块，称为二次电源。开关整流器与相控整流器比较，在体积、重量和效率几方面更为优越（表1）。 

	开关整流器	相控整流器
体积（立方米）	0.046	0.29
尺寸（mm）	208×656×340	350×450×1850
重量（kg）	34	150

  

表1　100A/48V输出的开关整流器和相控整流器比较 

随着微处理器ULSI尺寸不断减小，供电电源的尺寸与微处理器相比更大得多，需要发展小型轻型电源(见表2)；电源的小型化、轻量化，对便携式通信设备(如移动电话等)更为重要。为达到高功率密度，必须提高开关电源工作频率。下代微处理机还要求更低输出电压(≤1V)的开关电源。

年代	70	80	90
重量（kg）	55	38	10

  

表2　50A/48V开关整流器重量变化过程 

　　对通信开关电源的要求是：高功率密度、外形尺寸小、高效率、高性能、高可靠性、高功率因数(AC输入端)，以及智能化、低成本、EMI小、可制造性(Manufacturability)、分布电源结构(Distributed Power Architecture)等。

　　20世纪推动开关电源性能和质量不断提高的主要技术是：

　　1.新型高频功率半导体器件

　　如功率MOSFET和IGBT已完全可代替功率晶体管和中小电流的晶闸管，使开关电源工作频率可达到400kHz(AC-DC开关变换器)和1MHZ(DC-DC)开关变换器，实现开关电源高频化有了可能。超快恢复功率二极管和MOSFET同步整流技术的开发，也为研制高效低电压输出(≤3V)的开关电源创造了条件。

　　2.软开关技术

　　PWM开关电源按硬开关模式工作(开/关过程中，电压下降/上升/下降波形有交叠)，因而开关损耗大。开关电源高频化可以缩小体积重量，但开关损耗却更大了(功耗与频率成正比)。为此必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术，即所谓零电压(ZVS)/零电流(ZCS)开关技术，或称软开关技术(相对于PWM硬开关技术而言)。

　　90年代中期，30A/48V开关整流器模块采用移相全桥(Phase-shifted Full bridge)ZVS-PWM技术后，重7kg。比用PWM技术的同类产品，重量下降40％。软开关技术的开发和应用提高了开关电源的效率，据说，最近国外小功率DC-DC开关电源模块(48/12V)总功率可达到96％；48/5V DC-DC开关电源模块的效率可达到92-93％。20世纪末，国内生产的50-100A输出、全桥移相ZV-ZCS-PWM开关电源模块的效率超过93％。

　　3.控制技术

　　电流型控制及多环控制(Multi-loop control)已得到较普遍应用；电荷控制(Charge control)，一周期控制(One-cycle control)，数字信号处理器(DSP)控制等技术的开发及相应专用集成控制芯片的研制，使开关电源动态性能有很大提高，电路也大幅度简化。

　　4.有源功率因数校正技术

　　由于输入端有整流元件和滤波电容，单相AC-DC开关电源及一大类整流电源供电的电子设备，其电网侧(输入端)功率因数仅为0.65。用有源功率校正技术(Active Power Factor Correction)，简称APPC，可提高到0.95-0.99，既治理了电网的谐波“污染”，又提高了开关电源的整体效率。单相APFC是DC-DC开关变换器拓扑和功率因数控制技术的具体应用，而三相APFCA则是三相PWM整流开关拓扑和功率因数控制技术的结合。

　　国内通信电源专业工厂已将有源功率因数校正技术应用于输出6kW、100A通信用AC-DC开关电源中，输入端功率因数可达0.92-0.93。

　　5.Magamp后置调节器技术

　　80年代，由于高频磁性材料，如非晶态软磁合金(Amorphous)、超微晶软磁合金(Nano-crystalline alloy)等的发展，使有可能在多路输出的高频(＞100kHz)开关电源中用高频磁放大器(Magamp)，即可控饱和电感(Contro-lled Saturable Indutor)，作为其中一路输出的电压调节器(Output Regu-lator)，称为后置调节器(Post-regulator)。其优点是：电路简单、EMI小、可靠、高效，可较精确地调节输出电压。特别适合应用于输出电流1安到几十安的开关电源。

　　6.饱和电感技术

　　饱和电感(Saturable inductor)是带铁心(无空隙)的线圈，其特点是：铁心的饱和程度和电感量随通过的电流大小而变。如果铁心磁特性是理想的(例如呈矩形)，则饱和电感工作时，类似一个开关。在开关电源中，应用饱和电感可以吸收浪涌、抑制尖峰、消除寄生振荡，和快恢复整流管串联时可使整流管损耗减小。

　　饱和电感在开关电源中的应用

　　a)用作移相全桥ZVS-PWM开关电源的谐振电感，从而扩大了轻载下开关电源满足ZVS条件的范围。

　　b)消除开关电源的二次寄生振荡，与开关电源的隔离变压器副边输出整流管串联，可消除二次寄生振荡(Secondary parasitic ringing)，减少循环能量，并使移相全桥ZVS-PWM开关电源的占控比损失最小。

　　c)移相全桥ZVS-PWM开关电源中实现ZV-ZCS，和电容串接在移相全桥ZVS-PWM开关电源变压器原边，超前臂开关管按ZVS工作；当负载电流趋近于零时，电感量增大，阻止电流反向变化；创造了滞后臂开关管ZCS条件，实现移相全桥ZV-ZCS PWM开关电源。

　　7.分布电源技术、并联均流技术

　　分布电源技术(Distributeb Power Technipue)是将250-425/48V DC-DC变换器产生的48V母线(Distributed Bus)电压，供电给负载板(Board)，再通过板上(On board)若干个并联的薄型(Low Profile)DC-DC变换器，将48V变换为负载所需的3.3-5V电压。一般，DC-DC变换器的功率密度达100W/in3、效率90％，并且应当是可并联的(Parallelable)。分布电源系统适合于用超高速集成电路(Very High Speed IC-VHSIC)组成的大型工作站(如图像处理站)、大型数字电子交换系统等，其优点是：可降低48V母线上的电流和电压降；容易实现N+1冗余(Redundancy)，提高了系统可靠性；易于扩增负载容量；散热好；瞬态响应好；减少电解电容器数量；可实现DC-DC变换器组件模块化(Modularity)；易于使用插件连接；可在线(On line)更换失效模块等。

　　8.电源智能化技术和系统的集成化技术

　　开关电源微处理器监控、电源系统内部通信、电源系统智能化技术以及电力电子系统的集成化与封装技术等。

　　以上简要回顾了20世纪通信开关电源发展的历程和取得的成就，上述各项技术的应用，尤其是开发高功率密度、高效率、高性能、高可靠性以及智能化电源系统，仍然是今后通信开关电源技术的发展方向。

　　二、通信电源技术发展方向

　　进入21世纪，我国工业界、学术界、电力电子、电子电源、通信、材料等行业，还应协同开发下述和通信开关电源相关的产品和技术。

　　1.探索研制耐高温的高性能碳化硅(SiC)功率半导体器件

　　可以预见，碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器材料，碳化硅的优点是：禁带宽、工作温度高(可达600℃)、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高，等等。

　　2.平面磁心及平面变压器技术

　　平面磁心(Planar core)的开发，可实现超薄型(Lowprofile)变压器和超薄型开关变换器。适用于便携式(Portable)电子设备电源及板上(On-board)电源。由于其结构呈宽扁形，散热面积大，更适合于高频变压器。

　　平面变压器要求磁心、绕组，铜箔绕组等。据报道，国外已有多家公司开发了平面变压器。提箱内可放总功率达几十kW、十几种平面变压器。效率97-99％；工作频率50/Payton公司制造的5W-20kW变压器，其体积及功率密度仅为传统高频变压器的20％，一个手提箱内可放总功率达几十kW、十几种平面变压器。效率97-99％；工作频率50kHz-2MHz；漏感＜0.2％；EMI小。

　　3.集成高频磁元件技术及阵列式(Matrix)磁元件技术

　　将多个磁元件(如多个电感，变压器和电感)集成在一个磁心上。可以减少变换器体积，降低磁元件损耗。国外已有集成磁元件变换器(Integrated Magnetics Converter)的报道：50W输出、5V及15V两路、100kHz，DC-DC正激变换器，变压器和输出滤波电感在一个磁心上实现，简称IM变换器。

　　阵列式磁元件技术是将电路中磁元件离散化，形成分布式阵列布置，或形成“磁结构层”，使磁结构与电路板或其他器件紧密配合，集成化。

　　4.磁电混合集成技术

　　包括磁心与晶体管硅片集成、利用电感箔式绕组层间分布电容实现磁元件与电容混合集成等。

　　5.新型电容器。

  研究开发适合于能源和功率系统用的新型电容器，要求电容量大、等效串联电阻(ESR)小、体积小等。据报道，美国南卡罗里那州KEMET电子公司在90年代末，已开发出330μF新型固体(Solid Tantalum)电容，其ESR从原来的500mΩ降到30mΩ。

　　6.S4功率因数校正(PF Corrected)AC-DC开关变换技术

　　一般高功率因数AC-DC开关电源，要用两个电力电子电路串级(Cascade)运行，在DC-DC开关变换器前加一级前置功率因数校正器。对于小功率PWM开关电源，至少需要两个主开关管和两套控制驱动电路，总体效率低、成本高。

　　用一级AC-DC开关变换器实现小功率稳压或稳流电源，并使输入端功率因数(PF)校正到0.8以上，称为单管单级(Single Switch Stage)，简称S4功率因数校正(PF Corrected)AC-DC开关变换器。例如，前置功率因数校正用DCM运行的DCM运行；两级电路合用一个主开关管，因为反激电路有隔离变换器，故称S4功率因数校正隔离式AC-DC开关变换器。当然，如果加有源钳位或其他软开关技术，还需要一个辅助开关管，称为单级(Single Stage-S2)有隔离（Isolated）PF校正软开关电源。

　　理工大学（IEEE电力电子期刊1997年11月）报道了一台80W、150KHzS2有隔离PF校正软开关电源的实验结果：效率86.5%，功率因数0.98，THD13%，输入、输出电压分别为110V AC和28V DC。

　　7.输出1V/50A的低电压大电流DC-DC变换器。

　　为适应下一代快速微处理器、可携带式通讯设备、服务器(Server)等供电的需求，要求开发低输出电压、大电流DC-DC开关变换器，或称电压调节器模块VRM(Voltage Regulator Module)。其输出电压为1.1-1.8V，输出电流达50-100A，电流转换速率达5A/ns。

　　由于电路有高频寄生参数，当电流大幅度变化时，引起输出电压扰动。为防止这种扰动，过去采用增大输出滤波电容、电感的方法，但缺点甚多。国外开发了用多输入通道(Multi Channel)或多相(Multi-Phase)DC-DC变换器作为服务器的电源。输出采用波形交错叠加(Interleaving)方案，保证VRM输出纹波小，改善输出瞬态响应，并减少输出滤波电感和电容。

方案	C（μF）	L（μH）	瞬态电压跌落
仅增大电容、电感	7000	3.8	150mV
多通道变换器	1520	0.32×2	100mV

  

表3　为减小VRM输出纹波的两种方案比较 

　　8.通信开关电源的设计、测试技术

　　主要是电源热设计及测试，EMI设计及测试，可靠性设计及测试等技术的开发、研究与应用。

通信开关电源技术发展历程和发展方向

通信用AC-DC电源早期采用铁磁谐振稳压器(Ferro-Resonance Stabilizer)和半导体整流器组成的电源系统。70年代改用相控稳压电源(Phase-Controlled Stabilizer)，以晶闸管(Thyristor)即硅可控整流元件(SCR)为主, 组成380(220)V AC/48V DC稳压系统，称为相控整流器(Phase-Controlled Rectifier)。所需±5 V、±12 V DC由线性电子稳压电源或其它稳压电源供给。 　　80年代，大功率AC/DC开关电源(400V AC输入、输出48V DC、500W - 6 kW)成为通信系统一次电源的主流产品，称为开关整流器SMR(Switching-mode Rectifier)。配置48 /±5,±12 V DC-DC开关变换器模块和铃流模块，称为二次电源。开关整流器与相控整流器比较，在体积、重量和效率几方面更为优越(表1)。 表1　　100A/48V输出的开关整流器和相控整流器比较 　　随着微处理器ULSI尺寸不断减小，供电电源的尺寸与微处理器相比要大得多，需要发展小型轻型电源(见表2)；电源的小型化、轻量化，对便携式通信设备(如移动电话等)更为重要。为达到高功率密度，必须提高开关电源工作频率。下一代微处理机还要求更低输出电压(≤1V)的开关电源。 表2　　50A/48V开关整流器重量变化过程 　　对通信开关电源的要求是：高功率密度、外形尺寸小、高效率、高性能、高可靠性、高功率因数(AC输入端)，以及智能化、低成本、EMI小、可制造性(Manufacturability)、分布电源结构(Distributed Power Architecture)等。 20世纪推动开关电源性能和质量不断提高的主要技术是： 1.新型高频功率半导体器件 　　如功率MOSFET和IGBT已完全可代替功率晶体管和中小电流的晶闸管，使开关电源工作频率可达到400kHz (AC-DC开关变换器)和1MHz (DC-DC开关变换器)，实现开关电源高频化有了可能。超快恢复功率二极管和MOSFET同步整流技术的开发, 也为研制高效低电压输出( ≤3 V)的开关电源创造了条件。 2.软开关技术 　　PWM开关电源按硬开关模式工作(开/关过程中, 电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠)，因而开关损耗大。开关电源高频化可以缩小体积重量，但开关损耗却更大了(功耗与频率成正比)。为此必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术，即所谓零电压(ZVS)/零电流(ZCS)开关技术，或称软开关技术（相对于PWM硬开关技术而言）。 　　90年代中期，30A/48V开关整流器模块采用移相全桥(Phase-shifted Full bridge)ZVS-PWM技术后，重7 kg。比用PWM技术的同类产品，重量下降40%。软开关技术的开发和应用提高了开关电源的效率，据说，最近国外小功率DC-DC开关电源模块(48/12 V)总效率可达到96 %；48/5 V DC-DC开关电源模块的效率可达到92-93 %。20世纪末，国内生产的50-100A输出、全桥移相ZV-ZCS-PWM开关电源模块的效率超过93 %。 3.控制技术 　　电流型控制及多环控制(Multi-loop control)已得到较普遍应用；电荷控制(Charge control)，一周期控制(One cycle control)，数字信号处理器(DSP)控制等技术的开发及相应专用集成控制芯片的研制，使开关电源动态性能有很大提高，电路也大幅度简化。 4.有源功率因数校正技术 　　由于输入端有整流元件和滤波电容，单相AC-DC开关电源及一大类整流电源供电的电子设备，其电网侧(输入端)功率因数仅为0.65。用有源功率因数校正技术(Active Power Factor Correction)，简称APFC，可提高到0.95-0.99，既治理了电网的谐波“污染”，又提高了开关电源的整体效率。单相APFC是DC-DC开关变换器拓扑和功率因数控制技术的具体应用，而三相APFC则是三相PWM整流开关拓扑和功率因数控制技术的结合。 　　国内通信电源专业工厂已将有源功率因数校正技术应用于输出6kW、100A通信用AC-DC开关电源中，输入端功率因数可达0.92- - 0.93。 5.Magamp后置调节器技术 　　80年代，由于高频磁性材料, 如非晶态软磁合金(Amorphous)、超微晶软磁合金(Nano-crystalline alloy)等的发展，使有可能在多路输出的高频(>100 kHz)开关电源中用高频磁放大器(Magamp)，即可控饱和电感(Controlled Saturable Inductor)，作为其中一路输出的电压调节器(Output Regulator)，称为后置调节器(Post-regulator)。其优点是：电路简单、EMI小、可靠、高效，可较精确地调节输出电压。特别适合应用于输出电流为1安到几十安的开关电源。 6.饱和电感技术 　　饱和电感(Saturable inductor) 是带铁心(无空隙)的线圈, 其特点是：铁心的饱和程度和电感量随通过的电流大小而变。如果铁心磁特性是理想的(例如呈矩形)，则饱和电感工作时，类似一个开关。在开关电源中，应用饱和电感可以吸收浪涌、抑制尖峰、消除寄生振荡, 和快恢复整流管串联时可使整流管损耗减小。 饱和电感在开关电源中的应用 　　a)用作移相全桥ZVS-PWM开关电源的谐振电感，从而扩大了轻载下开关电源满足ZVS条件的范围。 　　b) 消除开关电源的二次寄生振荡 　　与开关电源的隔离变压器副边输出整流管串联，可消除二次寄生振荡 (Secondary parasitic ringing), 减少循环能量，并使移相全桥ZVS-PWM开关电源的占控比损失最小。 　　c) 移相全桥ZVS-PWM开关电源中实现ZV-ZCS 　　和电容串接在移相全桥ZVS-PWM开关电源变压器原边，超前臂开关管按ZVS工作；当负载电流趋近于零时，电感量增大，阻止电流反向变化；创造了滞后臂开关管ZCS条件，实现移相全桥ZV-ZCS PWM开关电源。 7.分布电源技术、并联均流技术 　　分布电源技术(Distributed Power Technique)是将250-425 /48V DC-DC变换器产生的48 V母线(Distributed Bus)电压，供电给负载板(Board), 再通过板上(On board)若干个并联的薄型(Low Profile)DC-DC变换器，将48 V变换为负载所需的3.3-5 V电压。一般，DC-DC变换器的功率密度达100 W/in3、效率90%，并且应当是可并联的(Parallelable)。分布电源系统适合于用超高速集成电路(Very High Speed IC-VHSIC)组成的大型工作站(如图像处理站)、大型数字电子交换系统等，其优点是：可降低48 V母线上的电流和电压降；容易实现N+1冗余(Redundancy)，提高了系统可靠性；易于扩增负载容量；散热好；瞬态响应好；减少电解电容器数量；可实现DC-DC变换器组件模块化(Modularity)；易于使用插件连接；可在线(On line)更换失效模块等。 8.电源智能化技术和系统的集成化技术 　　开关电源微处理器监控、电源系统内部通信、电源系统智能化技术以及电力电子系统的集成化与封装技术等。 　　以上简要回顾了20世纪通信开关电源发展的历程和取得的成就，上述各项技术的应用，尤其是开发高功率密度、高效率、高性能、高可靠性以及智能化电源系统，仍然是今后通信开关电源技术的发展方向。 　　进入21世纪，我国工业界、学术界、电力电子、电子电源、通信、材料等行业，还应协同开发下述和通信开关电源相关的产品和技术： 1. 探索研制耐高温的高性能碳化硅(SiC)功率半导体器件 　　可以预见，碳化硅将是21世纪最可能成功应用的新型功率半导体器件材料，碳化硅的优点是：禁带宽、工作温度高(可达600℃)、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高，等等。 2. 平面磁心及平面变压器技术 　　平面磁心(Planar core)的开发，可实现超薄型(Low profile)变压器和超薄型开关变换器。适用于便携式(Portable)电子设备电源及板上(On-board)电源。由于其结构呈宽扁形，散热面积大，更适合于高频变压器。 　　平面变压器要求磁心、绕组都是平面结构,故应采用多层印刷电路(PCB) 绕组，铜箔绕组等。据报道, 国外已有多家公司开发了平面变压器。Payton公司制造的5W-20kW变压器，其体积及功率密度仅为传统高频变压器的20%，一个手提箱内可放总功率达几十kW、十几种平面变压器。效率97-99%;工作频率50kHz- - 2MHz;漏感<0.2%；EMI小。 3．集成高频磁元件技术及阵列式(Matrix)磁元件技术 　　将多个磁元件(如多个电感,变压器和电感)集成在一个磁心上。可以减少变换器体积,降低磁元件损耗。国外已有集成磁元件变换器(Integrated Magnetics Converter)的报道:50W输出、5V及15V两路、100kHz,DC-DC正激变换器，变压器和输出滤波电感在一个磁心上实现，简称IM变换器。 　　阵列式磁元件技术是将电路中磁元件离散化，形成分布式阵列布置，或形成"磁结构层"，使磁结构与电路板或其他器件紧密配合，集成化。 4. 磁电混合集成技术 　　包括磁心与晶体管硅片集成、利用电感箔式绕组层间分布电容实现磁元件与电容混合集成等。 5. 新型电容器。 　　研究开发适合于能源和功率系统用的新型电容器,要求电容量大、等效串联电阻(ESR)小、体积小等。据报道,美国南卡罗里那州KEMET电子公司在90年代末，已开发出330μF新型固体鉭(Solid Tantalum)电容，其ESR从原来的500mΩ降到30mΩ。 6. S4功率因数校正(PF Corrected)AC-DC开关变换技术 　　一般高功率因数AC-DC开关电源, 要用两个电力电子电路串级(Cascade)运行，在DC-DC开关变换器前加一级前置功率因数校正器。对于小功率PWM开关电源，至少需要两个主开关管和两套控制驱动电路，总体效率低、成本高。 　　用一级AC-DC开关变换器实现小功率稳压或稳流电源，并使输入端功率因数(PF)校正到0.8以上，称为单管单级(Single Switch Single Stage)，简称 S4功率因数校正(PF Corrected)AC-DC开关变换器。例如，前置功率因数校正用DCM运行的Boost变换器, 后置调节器为反激开关变换器，按CCM或DCM运行；两级电路合用一个主开关管，因为反激电路有隔离变压器，故称S4功率因数校正隔离式AC-DC开关变换器。当然，如果加有源钳位或其他软开关技术，还需要一个辅助开关管，称为单级(Single Stage- - S2)有隔离(Isolated)PF校正软开关电源。1997年IEEE电力电子期刊报道了S2有隔离PF校正软开关电源的实验结果：效率86.5%,功率因数0.98,THD 13%, 开关频率150kHz，输入155V AC,输出28V,80W。 7．输出1V/50A的低电压大电流DC-DC变换器 　　为适应下一代快速微处理器、可携带式通讯设备、服务器(Server)等供电的需求，要求开发低输出电压、大电流DC-DC开关变换器，或称"电压调节器模块" VRM (Voltage Regulator Module)。其输出电压为1.1-1.8 V，输出电流达50-100 A，电流转换速率达5A/ns 。 　　由于电路有高频寄生参数，当电流大幅度变化时，引起输出电压扰动。为防止这种扰动，过去采用增大输出滤波电容、电感的方法，但缺点甚多。国外开发了用多输入通道(Multi Channel)或多相(Multi-Phase)DC-DC变换器作为服务器的电源。输出采用波形交错叠加(Interleaving)方案, 保证VRM输出纹波小, 改善输出瞬态响应, 并减少输出滤波电感和电容。 表3　　VRM方案比较 8．通信开关电源的设计、测试技术 　　主要是电源热设计及测试，EMI设计及测试，可靠性设计及测试等技术的开发、研究与应用。