功率变换技术的发展及面对的挑战

功率变换在电力电子技术中是最重要的，也是最基本的共性技术。功率变换技术研究的目标主要是：节约能源、提高效率、同时减小变换器的大小和减轻变换器的重量、降低谐波失真和成本，而在电动机传动应用中，还要求系统的精度、快速响应、宽的输出电压、电流或频率的调节范围等。

功率变换器可以实现AC/DC、AC/DC/AC的各种电能转换，在同一频率下的AC/AC转换（交流调压）和在不同频率下的AC/AC转换（变频）等。功率变换技术的发展大致分为三个阶段，

1）应用二极管和晶闸管及不控和半控强迫换流技术。

2）应用自关断器件如：GTO、BJT、功率MOSFET、IGBT等和采用普通PWM控制技术。

3）以采用软开关、功率因数校正、消除谐波和考虑电磁兼容为特征的绿色能源技术。

就DC/DC变换器而言，由于现代微处理器和一些超高速的大规模集成电路芯片，如：Intel、Pentiun、Pro等，要求运行在低电压（2.4～3.3V）、大电流（>13A）状态，而他们的直流母线电压通常为5～12V。这样，就需要将直流母线电压通过DC/DC变换器进行变换，这通常用一种称为VRM（Voltage Regulation Module）的电压调整模块来实现。

显然随着芯片集成密度、运行速度的进一步提高，芯片的工作电压将进一步下降，工作电流进一步增大，人们对VRM提出了新的挑战，要求VRM具有非常快速的负载电流响应，在保证足够晓得体积的同时，还要具有高的效率。要使VRM具有快速的负载电流动态响应，传统的解决办法是在VRM的输出端并联很多容量很大、等效串联电阻很小的退耦电容器。显然，该方法存在如下问题：

1）退耦电容器体积很大，而现代微处理器对VRM的体积有着严格的要求。

2）退耦电容器仅能改善动态响应的影响阶段，对后阶段及总的动态响应时间没有作用。

为此一种交错叠加型准方波抵消纹波的变换拓扑结构是其最新的解决方案，如图1所示；该结构在保证要求输出纹波的前提下，不但可以大大减少输出滤波电容器的容量，而且能大大减少VRM输出滤波电感的电感量。除此以外，为了提高VRM的动态响应，还必须力求减小供电母线的引线电感，其最有效的解决方案是将VRM作成“装在印刷板上”的直流分布式电源形式，将其直接装在负载附近。另一方面还要求VRM本身具有十分小的引线电感，为了保证VRM具有足够的效率，必须采用同步整流器和漏感很小的超薄型的变压器。