双向直流CUK变换器的分析与仿真(2)
目前开关电源技术被应用到越来越多的领域之中，从通讯装置到手持式设备，从工业控制到家用电气。比如在电信与数据通信的设备之中需要高效率低压大电流电源，而48V的直流输出分布式供电方案就是满足这种要求的最佳选择；手持设备要求电池能经久耐用，电池电源管理因而就显得非常的重要；逻辑电路电压的要求也从曾经的5V标准逐渐下降为3．3V、1．8V、甚至1．2V，同时需要电流更大。由此可见，不同的用途对电源要求也是多种多样的，所以电源技术的发展能够极大的促进其他各行各业的发展。
1．2 电源技术的发展
20世纪80年代中期，应用PWM控制技术的高功率密度直流DC-DC变换器的模块进入了世界市场，现如今已经被广泛的应用，在国外，它们被称为第一代高功率密度直流DC-DC变换器。第一代的产品对电子系统发展的小型化及性能的提高作出了很大的贡献，也正是因为一代产品的出现，推动了分布式电源系统地建立和发展。1997年，进行了将近30年世界范围之内的软开关的基础理论的研究之后，美国的Vicor开关电源公司最先推出了VI300系列软开关高密度DC-DC产品，这也标志着第二代的DC-DC变换器出现。它以零电流转换和零电压转换软开关技术为基础，并且结合了控制集成、铁氧体、封装、散热及噪声技术等方面的最新成果。
第一代的产品在设计上只在50至200kHz频率范围之内能够达到最佳性价比，采用高频化来实现其进一步的体积缩小、功率密度增加已经不大可能。而在很多产品之中虽选用了表面贴装技术，但三十多年来，其所使用的磁体布局在却没有太多的变化，这不仅影响了功率密度的提升，而且增加了噪声，并且不利于散热。另外，TO-220的封装为开关器件的组装带来了不便，并且容易受到寄生电感与电容的干扰。为了克服一代产品中的上述问题，Vicor公司在以ZCS／ZVS软开关为基础，对于电源模块磁体部分、控制部分及器件的封装全部做了重新的设计，制成了第二代的产品V130 DC-DC变换器系列，其功率密度最高可达到120W／in3，工作温度的范围为-55"C～110 OC，负载的调整率为0．1％，功率最大可以达到600W。在1997年，“RGF28S05型谐振式DC—DC变换器”在我国电子部43研究所被设计定性鉴定成功通过。这是我国自行设计与制作的第一个采用了零电流准谐振软开关正激电路控制的高功率密度谐振式DC-DC变换器。但因为相关元件的生产技术在我国还比较落后，所以在这一领域，目前我国的水平和国外相比还是有相当差距的。
软开关谐振变换器的发展也存在着很多的难题，如控制电路比较复杂，功率开关器件所承受的峰值电压与电流相对较大，谐振网络存在损耗功率，高频运行受到寄生参数的影响较大。目前，国际上正积极其研究改进方法，比如准方波零电压变换器、频谐振变换器、恒多谐振变换器等等。并且现在高速系统上工作电压越来越低，要求电源朝着大电流低电压方向去发展，关键是要电源能够提供尽量大的电流，接着是瞬态响应与封装，电流密度、电流传输、du／dt响应及同步整流技术等都是如今的主要问题。
1．3 开关电源器件
1.3.1 半导体器件
如今功率半导体器件的发展仍然是电力电子技术的龙头，电力电子技术的发展仍必须依靠新型电力电子器件的不断推出。
功率场效应管(MOSFET)由于其采用单极性多子导电，使得开关时间显著变小，又因为其很容易能实现lMHz的开关频率而被受瞩目。但要提高MOSFET器件的阻断电压就必须要加宽器件漂移区，从而使的器件的内阻迅速变大，通态压降变大，通态损耗增加，所以只能够用在中小功率的产品。为降低通态电阻，美国的IR公司开发出了新型的HEXTET场效应管，通态电阻可达到3mΩ。从1996年以来，HEXFET的通态电阻正以每年50％的速率下降。IR公司还开发出了低栅极电荷的HEXFET，使得开关速度加快，同时也兼顾通态电阻及栅极电荷的同时降低。对于肖特基二极管，利用TRENCH结构，也有望使其压降变小，被称作是TMBS沟槽MOS势垒肖特基二极管，并能在极低电源电压应用领域之中与同步整流MOSFET管竞争。
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