电源的发展历程

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1、引言电源的发展历程1．电源的百年历史在研究高效率开关电源之前，还是应该先看一看电源发展的历史。也许会对电源的将来有一个比较客观的认识。电子线路无论是模拟电路、数字电路、信息电子电路还是电力电子电路，无一例外的需要直流电供电。那么电子线路对电源有哪些要求，应该设计出什么样的电源才能满足时代的要求呢？简而言之要“与时俱进”。电子线路从真空管的问世至今约有100年的历史，伴随而来的就是近100年历史的电源技术。电子线路由真空管电路发展到晶体管电路再到小规模集成电路、直至今天的大规模超大规模集成电路，供电方式也有了很多改变。2．最初的电源既不需要稳压也不需要严格滤波在真空管统治

2、电子线路的时代，大多数的电子线路并不需要供电电源的十分稳定，那时的电源无非是整流滤波。通常只需要将交流市电经过变压器转换到合适的电压值后，通过电子管（可以是真空管、汞整流管、充气闸流管等）的整流变成脉动直流电，最后经过电容输入式滤波或电感输入式滤波将脉动直流电转换成为需要的平滑直流电。为了携带方便，也可以用电池供电，这时的真空管是专用于电池供电的节电型的，也就是当年的电池式收音机、收发报机以及电台。在那个年代对直流电的理解就是像现在大学电路课程中对直流电的描述那样，似乎直流电所接的负载就像电阻一样，没有什么变化。即使出了问题，电子工程师也只会从“退交联”（换成现在的术语

3、是“”退耦合，简称“退耦”）入手加以解决。当退交联电容器的电容量由于电容器的失效而大大减小时，电子线路将出现自激振荡现象，如那个年代所说的收音机所发出的“汽船声”（由于整流滤波电解电容器失效造成寄生振荡时扬声器发出的声音如同汽船发动机发出的声音）等。用现在的话解释就是：因为直流母线的交流阻抗由于电容器的失效而增高，导致了电子线路的输入与输出通过直流母线形成有害的耦合，当满足电路的振荡条件时，电路形成自激振荡。由于直流母线的高频阻抗比较高，因而需要旁路电容器，这也就是电子线路对直流母线的交流阻抗最初的要求。3．电子线路需要多路电源供电由于真空管构成的电子线路通常有电源变压

4、器，所以可以通过不同的绕组方便的得到所需要的多种不同电压。但是，如果是电池供电的电子线路，则需有要为真空管的灯丝供电电源甲电池和为阳极电流供电的乙电池，甚至还要有为栅极提供负偏置电压的丙电池。那个时代的电池导致了电子线路中电池组就占了非常大的体积。电影“英雄儿女中”7的英雄王成所背的电台，实际上至少有一半是电池的重量，至少有三分之一的体积是电池组的体积。可见电子管时代的电子线路的耗电有多大。如果将收音机搬到汽车上就变成汽车收音机，由6V蓄电池供电，所需要的高压阳极电，在当时只能用机械逆变器“振动子”将直流电逆变成交流电，再经变压器将电压提升到200~300V，通过整流变

5、为需要的直流电。这就是最初的逆变技术。这是因为没有其他办法（真空管的最低导通电压少说也有数十伏，远高于蓄电池的电压），只能用这种效率低下、性能差劲的功率变换技术。晶体管问世后，由于晶体管具有功耗低、体积小、价格相对便宜、连接方式灵活等特点，使很多真空管不能实现的功能在电子线路中得以实现，特别是脉冲电路、数字电路。使晶体管微型计算机的运算速度、可靠性、功耗等远优于真空管微型计算机。随着晶体管的应用领域越来越多，晶体管电路对电源的要求也越来越高，出现了独立存在的晶体管稳压电源。同时在很多晶体管电路中也设置了稳压电源。这些稳压电源通常是线性稳压电源。时至今日在很多地方，线形稳

6、压电源还在应用。在需要正负对称电源和需要的电源电压不同时，线性稳压电源就显得无能为力。为了解决多电源供电的需求与单电源的矛盾，就需要DC/DC变换器，也许这就是DC/DC变换器问世的起因。4．电子线路的体积减小后对电源的要求随着集成电路集成度的不断提高，微型计算机的体积随之不断减小，这时线性稳压电源已不再适应，开关型稳压电源使微型计算机的微型化成为可能，时至今日所有的微机，笔记本电脑的电源适配器都是开关电源的电路结构。彩色电视机由于所消耗的功率远大于黑白电视机，在采用线性稳压电源已经无法满足要求，开关电源的另一个重要应用领域就是电视机和显示器。由于没有专用的控制开关电源

7、集成电路，最初（如国外的六七十年代、国内的七十年代和八十年代前半页）的开关电源几乎无例外的采用了劳耶尔自激变换器电路，确实解决了当时的需求。但是这种电路的最大缺点是效率、可靠性低下，成为日后被坚决淘汰的最主要原因。自激式变换器另外一种形式是受到“间歇式振荡器”的启发而产生的振铃式自激变换器，通过电源工程师的不断改进，使之具有了稳压、过电流保护功能，这似乎使得振铃式自激变换器可以一劳永逸的作为开关电源的一种标准设计模式。但是，在实际上这些保护功能还不7是十分可靠的，还是会出现因为过电流而损坏开关电源的，也经常出现由于电路中的元件性能的退化而