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开关电源的技术发展历史


    
  上世纪60年代,开关电源的问世,使其逐步取代了线性稳压电源和SCR相控电源。40多年来,开关电源技术有了飞迅发展和变化,经历了功率半导体器件、高频化和软开关技术、开关电源系统的集成技术三个发展阶段。
功率半导体器件从双极型器件(BPT、SCR、GTO)发展为MOS型器件(功率MOSFET、 IGBT、IGCT等),使电力电子系统有可能实现高频化,并大幅度降低导通损耗,电路也更为简单。
  自上世纪80年代开始,高频化和软开关技术的开发研究,使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。
上世纪90年代中期,集成电力电子系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展,它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。
  功率半导体器件性能 1998年,Infineon公司推出冷mos管,它采用“超级结”(Super-Junction)结构,故又称超结功率MOSFET。工作电压600V~800V,通态电阻几乎降低了一个数量级,仍保持开关速度快的特点,是一种有发展前途的高频功率半导体器件。 IGBT刚出现时,电压、电流额定值只有600V、25A。
  很长一段时间内,耐压水平限于1200V~1700V,经过长时间的探索研究和改进,现在IGBT的电压、电流额定值已分别达到3300V/1200A和4500V/1800A,高压IGBT单片耐压已达到6500V,一般IGBT的工作频率上限为20kHz~40kHz,基于穿通(PT)型结构应用新技术制造的IGBT,可工作于150kHz(硬开关)和300kHz(软开关)。 IGBT的技术进展实际上是通态压降,快速开关和高耐压能力三者的折中。随着工艺和结构形式的不同,IGBT在20年历史发展进程中,有以下几种类型:穿通(PT)型、非穿通(N T)型、软穿通(SPT)型、沟漕型和电场截止(FS)型。碳化硅SiC是功率半导体器件晶片的理想材料,其优点是:禁带宽、工作温度高(可达600℃)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高等,有利于制造出耐高温的高频大功率半导体器件。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。
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