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电源。

现在数据处理系统的速度和效率日益提高，为降低微处理器IC的电场强度和功耗，必须降低逻辑电压，新一代微处理器的逻辑电压已降低至1V，而电流则高达50A～100A，所以对VRM的要求是：输出电压很低、输出电流大、电流变化率高、快速响应等。

（7）全数字化控制

电源的控制已经由模拟控制，模数混合控制，进入到全数字控制阶段。全数字控制是一个新的发展趋势，已经在许多功率变换设备中得到应用。

但是过去数字控制在DC/DC变换器中用得较少。近两年来，电源的高性能全数字控制芯片已经开发，费用也已降到比较合理的水平，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。

全数字控制的优点是：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；对电流检测误差可以进行精确的数字校正，电压检测也更精确；可以实现快速，灵活的控制设计。

（8）电磁兼容性

高频开关电源的电磁兼容EMC问题有其特殊性。功率半导体开关管在开关过程中产生的di/dt和dv/dt，引起强大的传导电磁干扰和谐波干扰。有些情况还会引起强电磁场（通常是近场）辐射。不但严重污染周围电磁环境，对附近的电气设备造成电磁干扰，还可能危及附近操作人员的安全。同时，电力电子电路（如开关变换器）内部的控制电路也必须能承受开关动作产生的EMI及应用现场电磁噪声的干扰。上述特殊性，再加上EMI测量上的具体困难，在电力电子的电磁兼容领域里，存在着许多交叉科学的前沿课题有待人们研究。国内外许多大学均开展了电力电子电路的电磁干扰和电磁兼容性问题的研究，并取得了不少可喜成果。近几年研究成果表明，开关变换器中的电磁噪音源，主要来自主开关器件的开关作用所产生的电压、电流变化。变化速度越快，电磁噪音越大。

（9）设计和测试技术

建模、仿真和CAD是一种新的设计工具。为仿真电源系统，首先要建立仿真模型，

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包括电力电子器件、变换器电路、数字和模拟控制电路以及磁元件和磁场分布模型等，还要考虑开关管的热模型、可靠性模型和EMC模型。各种模型差别很大，建模的发展方向是：数字-模拟混合建模、混合层次建模以及将各种模型组成一个统一的多层次模型等。

电源系统的CAD，包括主电路和控制电路设计、器件选择、参数最优化、磁设计、热设计、EMI设计和印制电路板设计、可靠性预估、计算机辅助综合和优化设计等。用基于仿真的专家系统进行电源系统的CAD，可使所设计的系统性能最优，减少设计制造费用，并能做可制造性分析，是21世纪仿真和CAD技术的发展方向之一。此外，电源系统的热测试、EMI测试、可靠性测试等技术的开发、研究与应用也是应大力发展的。

（10）系统集成技术

电源设备的制造特点是：非标准件多、劳动强度大、设计周期长、成本高、可靠性低等，而用户要求制造厂生产的电源产品更加实用、可靠性更高、更轻小、成本更低。这些情况使电源制造厂家承受巨大压力，迫切需要开展集成电源模块的研究开发，使电源产品的标准化、模块化、可制造性、规模生产、降低成本等目标得以实现。 实际上，在电源集成技术的发展进程中，已经经历了电力半导体器件模块化，功率与控制电路的集成化，集成无源元件（包括磁集成技术）等发展阶段。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。在此基础上，可以实现一体化，所有元器件连同控制保护集成在一个模块中。

上世纪90年代，随着大规模分布电源系统的发展，一体化的设计观念被推广到更大容量、更高电压的电源系统集成，提高了集成度，出现了集成电力电子模块（IPEM）。IPEM将功率器件与电路、控制以及检测、执行等元件集成封装，得到标准的，可制造的模块，既可用于标准设计，也可用于专用、特殊设计。优点是可快速高效为用户提供产品，显著降低成本，提高可靠性。总之，电源系统集成是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。 1.4 本论文的研究意义

人们对于能源再利用及其随之而来的环境问题越来越重视，故而对于我们在生活中

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经常见到的各种电器设备中的电源的要求随之而提高。开关电源技术是一门运用半导体功率器件实现电能的高效率变换、将粗电变成精电，以满足供电质量要求的技术。由于开关电源中半导体功率器件工作在高频开关方式，因此它具有高效率、高功率密度、高可靠性。在当今社会，我们要求的是高效率、低消耗、高控制率、低污染率，因而对于我们电源的改进来说是必不可少的。然而数字式开关电源恰恰符合了我们当前生活、工作的需要，故而数字式开关电源的研发与设计是电源技术发展的必然趋势，也是我们现代电源技术的必然产物。

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2 电源的分类及工作原理

2.1 线性电源

2.1.1 线性电源的基本概念

最初的可调电源就是线性电源。它利用有源器件导通电阻的可变性将输入电压降至设定的输出电压，但是线性电源在工作时会以发热的形式损耗大量的能量，尽管他在电器意义上是一个“静音”的电源。 2.1.2 线性电源基本工作原理

不论是线性电源还是更为复杂的开关电源，电源的基本工作原理是相同的。所有电源都有一个闭环负反馈，这个负反馈环就是用于稳定输出电压。线性电源都是降压式的，也就是输入电压必须高于所设计的输出电压。线性电源有两种类型：并联式电源和串联是电源[1]。图1所示为串联线性电源的主要组成部分。线性电源主要应用在对发热和效率不高的应用场合，或者要求低成本及设计周期短的情况。线性电源作为板在电源广泛应用与分布电源系统中，特别是当配电电压低于40V时。对于离线式产品，在线性电源的前一级必须能够提供与交流电源可靠的电隔离。线性电源的输出电压只能低于输入电压，并且每个线性电源只能产生一路输出，线性电源的效率在35%～50%之间。损耗以热的形式损散。

图1 串联线性电源的主要组成部分

资料来源：徐德洪，译．开关电源设计指南[M]．北京：机械工业出版社，2004．

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