在真空管统治电子线路的时代，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。由于电子管的电路，不太关心供电段输出电压值是否稳定。所以在当时的背景下并没有大力发展稳压电源的电路设计。

关于电子管和晶体管工作原理讲解视频：

1947年，美国物理学家肖克利、巴丁和布拉顿三人合作发明了晶体管——一种三个支点的半导体固体元件。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。在当时的稳压电源通常是线性稳压电源。

1955年美国的科学家G.H.Royer（劳耶尔，又译：罗耶）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。

Royer结构的基本电路，也称为自激式推挽多谐振荡器。它是利用开关晶体管和变压器铁芯的磁通量饱和来进行自激振荡，从而实现开关管“开／关”转换的直流变换器，因为是Royer 首先发明和设计，故又称“罗耶变换器”。这种结构在早期液晶彩电逆变器中应用较多。Royer结构的驱动电路和驱动控制IC配合使用，即可组成一个具有亮度调整和保护功能的逆变器电路。

此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻。由于那时的微电子设备及技术十分落后，不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。由于没有专用的控制开关电源集成电路，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Royer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低、可靠性低，成为日后被坚决淘汰的最主要原因。

线性电源实现AC/DC，是先用变压器把AC电压进行降压，这种直接在市电进行降压的变压器，我们称为工频变压器。工频变压器也称作低频变压器，以示与开关电源用高频变压器有区别，工频变压器在过去传统的电源中大量使用，工频一般指市电的频率,在我国是50Hz,其他国家也有60Hz的。而可以改变这个频率交流电的电压的变压器,就是叫工频变压器了。工频变压器相对于高频变压器，一般体积比较大。所以有工频变压器

下图是典型的线性电源，实现AC/DC的转换，市电220V经过变压器、镇流器、电容滤波，由线性稳压管实现需要的输出电压。

60年代开始，由于微电子技术的快速发展，出现了高反压的晶体管，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围，并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减小，开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。

下图是一个典型的单端输出反激式开关电源的功率部分原理图。

如果是AC/DC需要先对AC电源进行整流滤波形成一个近似的直流高压。然后再通过控制开关管，产生高频的脉冲，通过变压器进行变压。

为什么频率越高，高频变压器体积越小？

最重要的是根据麦克斯韦方程，变压器线圈内的感生电动势E为

也就是磁通密度B随时间的变化率在N个面积为Ac的线匝的积分。

对于变压器，变压器原边的感生电动势E与输入侧加的电压U可以认为是线性关系。变压器输入侧的U幅值不变的前提下可以认为E幅值也不变。

此外，每种磁芯的磁通密度B会有一个上限，高频用的铁氧体大约在零点几特斯拉，工频用的铁心大约在略大于一的水平，差距不是很大。

因此，当频率提高后，在磁通密度B峰值变化不大的前提下，每个周期内的磁通密度变化率dB/dt是大幅增加的，因此可以用更小的Ac或N实现相同的感生电动势E。Ac减小，意味着磁芯截面面积减小；N减小，意味着可以缩小磁芯空窗的面积，两者都可以帮助实现更小的磁芯体积。

高频变压器的横截面积更小，线圈的匝数变少，这样他的体积也就更小了。

开关电源背后的原理早在20世纪30年代就为电气工程师所知，但这种技术在真空管时代的应用有限。当时，某些电源中使用了称为闸流管的特殊含汞管，这些电源可被视为原始的低频开关稳压器。例子包括20世纪40年代的REC-30电传打字机电源以及1954年IBM 704计算机中使用的电源。然而，随着20世纪50年代功率晶体管的引入，开关电源迅速改善。Pioneer Magnetics公司于1958年开始构建开关电源。通用电气公司于1959年发布了晶体管开关电源的早期设计。

20世纪60年代，美国宇航局和航天工业为开关电源的发展提供了主要动力，因为在航天应用中，体积小、效率高的优势超过了高成本。例如，1962年的Telstar卫星（第一颗传输电视图像的卫星）和Minuteman导弹都使用了开关电源。10年之后，成本降低了，开关电源被设计成销售给公众的产品。例如，在1966年，Tektronix公司在便携式示波器中使用了开关电源，使它能够使用电源电流或电池。

随着电源制造商开始向其他公司出售开关电源，这一趋势加快了。1967年，RO Associates推出了第一款20kHz的开关电源产品，据称这是第一款商用成功的开关电源。日本电子存储工业株式会社于1970年开始在日本开发标准化开关电源。到1972年，大多数电源制造商都在销售开关电源或即将提供开关电源。

70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。

1981年，史蒂夫·乔布斯展示了一台Apple II PC机。苹果II于1977年首次推出，受益于整个行业从笨重的线性电源转向小型、高效的开关电源设计。

有一位开关电源的狂热支持者：史蒂夫·乔布斯。据乔布斯的授权传记作者沃尔特·艾萨克森说，乔布斯对开创性的Apple II PC机及其设计师Rod Holt的开关电源设计有着强烈的赞许。据艾萨克森报道，乔布斯的说法是：

“Holt没有使用传统的线性电源，而是制造了一种类似于用在示波器中的电源。它每秒开关电源的次数不是60次，而是数千次，这使得它能以更短的时间储存能量，从而减少热量。乔布斯后来说：“这种开关电源和Apple II逻辑板一样具有革命性。Rod在历史上并没有因此得到很多赞誉，但他应该得到。现在每台计算机都使用开关电源，他们都抄袭Rod Holt的设计。”

AppleII电脑运用开关电源应该没有乔布斯那么夸张的成就，但是确实推动了整个市场对开关电源的认可。

1984年，IBM发布了一款升级版的个人电脑，名为 IBM Personal Computer AT。它的电源采用了多种新的电路设计，完全抛弃了早期的反激拓扑结构。它很快成为事实上的标准，并一直保持到1995年，当时英特尔推出了ATX外形规格，其中定义了ATX电源，它直到今天仍然是标准。

尽管出现了ATX标准，但随着1995年Pentium Pro的问世，计算机电源系统变得更加复杂。Pentium Pro是一种微处理器，它需要比ATX电源直接提供的电压更低，电流更大。为了提供这种电源，英特尔推出了电压调节模块（VRM），即安装在处理器旁边的DC-DC开关稳压器。它将电源中的5V降低为处理器使用的3V。许多计算机中的显卡也包含VRM，用于驱动它们所包含的高性能显卡芯片。

到了21世纪，随着移动设备的日新月异，充气器的发展推动了半导体进一步发展，作为第三代功率半导体的绝代双骄，氮化镓晶体管和碳化硅MOSFET日益引起工业界，特别是电气工程师的重视。之所以电气工程师如此重视这两种功率半导体，是因为其材料与传统的硅材料相比有诸多的优点。氮化镓和碳化硅材料更大的禁带宽度，更高的临界场强使得基于这两种材料制作的功率半导体具有高耐压，低导通电阻，寄生参数小等优异特性。当应用于开关电源领域中，具有损耗小，工作频率高，可靠性高等优点，可以大大提升开关电源的效率，功率密度和可靠性等性能。

传统充电器的痛点在于数量多、体积大，携带不方便，特别是现在手机越做越大，手机充电器个头也越来越大。氮化镓充电器的出现，解决了这个生活难题，氮化镓是一种可以代替硅、锗的新型半导体材料，由它制成的氮化镓开关管开关频率大幅度提高，损耗却更小。这样充电器就能够使用体积更小的变压器和其他电感元件，从而有效缩小体积、降低发热、提高效率。

在氮化镓的技术支撑下，手机的快充功率也有望再创新高。当前的缺点就是价格还是比较贵。

由于网络与通信的飞速发展，DC/DC变换器成为开关电源的一个重要分支，如何设计好一个 DC/DC 变换器可以代表所具备的电源设计水平。在一些高功率的通信电路板中，电源功能占用PCB的面积都高达30%以上。如何优化电源的电路设计，PCB设计、电源效率，稳定性成为硬件工程师重要的任务和课题。

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