通信用高频开关电源技术的发展

　

1 通信用高频开关电源技术的发展

　　通信用高频开关电源技术的发展基本上可以体现在几个方面：变换器拓扑、建模与仿真、
数字化控制及磁集成。

　　

1.1 变换器拓扑

　　软开关技术、功率因数校正技术及多电平技术是近年来变换器拓扑方面的热点。采用软
开关技术可以有效的降低开关损耗和开关应力，有助于变换器效率的提高

;采用 PFC 技术可

以提高

AC/DC 变换器的输入功率因数，减少对电网的谐波污染 ;而多电平技术主要应用在

通信电源三相输入变换器中，可以有效降低开关管的电压应力。同时由于输入电压高，采用
适当的软开关技术以降低开关损耗，是多电平技术将来的重要研究方向。

　　为了降低变换器的体积，需要提高开关频率而实现高的功率密度，必须使用较小尺寸
的磁性材料及被动元件，但是提高频率将使

MOSFET 的开关损耗与驱动损耗大幅度增加，

而软开关技术的应用可以降低开关损耗。目前的通信电源工程应用最为广泛的是有源钳位
ZVS 技术、上世纪 90 年代初诞生的 ZVS 移相全桥技术及 90 年代后期提出的同步整流技术。

　　

1.1.1 ZVS 有源钳位

　　有源箝位技术历经三代，且都申报了专利。第一代为美国

VICOR 公司的有源箝位 ZVS

技术，将

DC/DC 的工作频率提高到 1MHZ，功率密度接近 200W/in3，然而其转换效率未

超过

90%。为了降低第一代有源箝位技术的成本，IPD 公司申报了第二代有源箝位技术专利，

其采用

P 沟道 MOSFET，并在变压器二次侧用于 forward 电路拓扑的有源箝位，这使产品

成本减低很多。但这种方法形成的

MOSFET 的零电压开关(ZVS)边界条件较窄，而且 PMOS

工作频率也不理想。为了让磁能在磁芯复位时不白白消耗掉，一位美籍华人工程师于

2001

年申请了第三代有源箝位技术专利，其特点是在第二代有源箝位的基础上将磁芯复位时释
放出的能量转送至负载，所以实现了更高的转换效率。它共有三个电路方案：其中一个方案
可以采用

N 沟 MOSFET，因而工作频率可以更高，采用该技术可以将 ZVS 软开关、同步整

流技术都结合在一起，因而其实现了高达

92%的效率及 250W/in3 以上的功率密度。

　　

1.1.2 ZVS 移相全桥

　　从

20 世纪 90 年代中期，ZVS 移相全桥软开关技术已广泛地应用于中、大功率电源领域。

该项技术在

MOSFET 的开关速度不太理想时，对变换器效率的提升起了很大作用，但其缺

点也不少。第一个缺点是增加一个谐振电感，其导致一定的体积与损耗，并且谐振电感的电
气参数需要保持一致性，这在制造过程中是比较难控制的

;第二个缺点是丢失了有效的占空

比。此外，由于同步整流更便于提高变换器的效率，而移相全桥对二次侧同步整流的控制效