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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”的英雄王成所

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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