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1. 开关电源技术及其发展历程
1.1开关电源的定义
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。
1.2开关电源背景技术-电力电子技术的发展
开关电源依托于电力电子技术，而现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
整流器时代
大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供，但是大约20%的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解（有色金属和化工原料需要直流电解）、牵引（电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等）和直流传动（轧钢、造纸等）三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电。
逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0～100Hz的交流电。在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶闸管（GT0）成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。
变频器时代
进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管（IGBT）的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
1.3开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源，传统的电路非常庞大而笨重，如果采用高顿开关电源技术，其体积和重量都会大幅度下降，而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中，更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率，从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术，更是各种大功率开关电源（逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等）的核心技术。而这些应用也要求开关电源向着模块化、数字化和绿色化的方向发展：
模块化
模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的电应力（表现为过电压、过电流毛刺）。为了提高系统的可靠性，把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中，使元器件之间不再有传统的引线连接，这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计，达到优化完善的境地。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片，再把整个模块固定在相应的散热器上，就构成一台新型的开关电源装置。由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。
数字化
在传统功率电子技术中，控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是，现在数字式信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点：便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰（提高抗干扰能力）、便于软件包调试和遥感遥测遥调，也便于自诊断、容错等技术的植入。
绿色化
电源系统的绿色化有两层含义：首先是显著节电， 这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染；其次这些电源不能（或少）对电网产生污染，国际电工委员会（IEC）对此制定了一系列标准，如IEC555、IEC917、IECl000等。
总之，电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展，新技术的出现又会使许多应用产品更新换代，还会开拓更多更新的应用领域。开关电源将朝着高频化、模块化、数字化和绿色化的方向继续高速发展。
2. 开关电源的主要应用
a.绿色省电开关电源
通过控制电源开关使家用设备在待机与工作状态间切换，从而节省家用设备用电量，提高开关电源的效率。经常应用于电脑、打印机等设备中。与其相关的专利申请常被分入分类号H02M7/下。
b.多电平输出开关电源
由于一个模块中具有不同的芯片或电路，其使用的直流输入电压也不尽相同，因此为了向一个模块中的多个芯片或电路提供不同的直流电平，多电平输出开关电源也是开关电源主要的发展方向。与其相关的专利申请常被分入分类号H02M3/下。
c.变频器
变频器电源主要用于交流电机的变频调速，其在电气传动系统中占据的地位日趋重要，已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电壓，然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器， 将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出，电源输出波形近似于正弦波，用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
d.软开关技术
软开关技术是指通过辅助的电路使开关管开通前电压先降为零或者关断前电流先降为零，这样，就实现了在零电压情况下开通或者在零电流条件下关断，从而大大降低了开关功率损耗，减少了噪声污染和电磁干扰。
e.分布式发电电能并网
为了防止未来的能源危机，发展新能源发电已经迫在眉睫。而风电和光伏发电中的并网逆变器在得到稳定、低谐波的工频交流电中起着重要的作用，因而也是现在开关电源的主要应用之一。与其相关的专利申请常被分入分类号H02M7/下。
3. 开关电源领域专利分布及分析
3.1专利数量
2000年至2012年的各年年开关电源领域专利公开数量，如图1所示：
3.2申请人分布
3.3专利申请分类号分布
从下图可知，国际专利分类号（IPC）分到H02M3/IC的申请比其他分类号的略多，这个分类号下主要关于直流/直流变换，如BOOST、BUCK、CUK等升降压电路。特别是其中H02M3/155分类号相比于其他H02M3下分类号为最常用分类号，H02M3/155主要是针对没有中间变换为交流的直流输入功率转换为直流输出功率电路，由此可见直接的直流升降压技术是现在开关电源的应用热点，其主要用于提供直流电给集成电路中各个电路。其他分类号关于谐波控制、软开关技术的H02M1/IC、关于逆变器的H02M7/IC和关于变频器的H02M7/IC也有较多的申请。从分类号的分布情况可以看到开关电源有向小型化、模块化、绿色化发展的趋势。
4. 结语
随着近年来各种移动设备、节能电器和智能电网的发展，开关电源作为其中的主要组成部分一定会有更加长足的发展。因此可以预见开关电源领域的专利申请量在近几年一定会持续发展，并且随着中国持续产业升级，国内专利申请的质和量都会有很大提升，这就对于我们审查员提出了更高的要求。作为审查员我们应该密切关注本领域的发展、在工作中同时学习先进技术，这样我们才能更好的应对未来的挑战。
1.1开关电源的定义
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。
1.2开关电源背景技术-电力电子技术的发展
开关电源依托于电力电子技术，而现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学，向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFET和IGBT为代表的、集高频、高压和大电流于一身的功率半导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。
整流器时代
大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供，但是大约20%的电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解（有色金属和化工原料需要直流电解）、牵引（电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等）和直流传动（轧钢、造纸等）三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电。
逆变器时代
七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0～100Hz的交流电。在七十年代到八十年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶闸管（GT0）成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。
变频器时代
进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管（IGBT）的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。MOSFET和IGBT的相继问世，是传统的电力电子向现代电力电子转化的标志。新型器件的发展不仅为交流电机变频调速提供了较高的频率，使其性能更加完善可靠，而且使现代电子技术不断向高频化发展，为用电设备的高效节材节能，实现小型轻量化，机电一体化和智能化提供了重要的技术基础。
1.3开关电源的发展趋势
在电力电子技术的应用及各种电源系统中，开关电源技术均处于核心地位。对于大型电解电镀电源，传统的电路非常庞大而笨重，如果采用高顿开关电源技术，其体积和重量都会大幅度下降，而且可极大提高电源利用效率、节省材料、降低成本。在电动汽车和变频传动中，更是离不开开关电源技术，通过开关电源改变用电频率，从而达到近于理想的负载匹配和驱动控制。高频开关电源技术，更是各种大功率开关电源（逆变焊机、通讯电源、高频加热电源、激光器电源、电力操作电源等）的核心技术。而这些应用也要求开关电源向着模块化、数字化和绿色化的方向发展：
模块化
模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化，其二是指电源单元的模块化。由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的电应力（表现为过电压、过电流毛刺）。为了提高系统的可靠性，把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中，使元器件之间不再有传统的引线连接，这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计，达到优化完善的境地。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片，再把整个模块固定在相应的散热器上，就构成一台新型的开关电源装置。由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。
数字化
在传统功率电子技术中，控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是，现在数字式信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点：便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰（提高抗干扰能力）、便于软件包调试和遥感遥测遥调，也便于自诊断、容错等技术的植入。
绿色化
电源系统的绿色化有两层含义：首先是显著节电， 这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染；其次这些电源不能（或少）对电网产生污染，国际电工委员会（IEC）对此制定了一系列标准，如IEC555、IEC917、IECl000等。
总之，电力电子及开关电源技术因应用需求不断向前发展，新技术的出现又会使许多应用产品更新换代，还会开拓更多更新的应用领域。开关电源将朝着高频化、模块化、数字化和绿色化的方向继续高速发展。
2. 开关电源的主要应用
a.绿色省电开关电源
通过控制电源开关使家用设备在待机与工作状态间切换，从而节省家用设备用电量，提高开关电源的效率。经常应用于电脑、打印机等设备中。与其相关的专利申请常被分入分类号H02M7/下。
b.多电平输出开关电源
由于一个模块中具有不同的芯片或电路，其使用的直流输入电压也不尽相同，因此为了向一个模块中的多个芯片或电路提供不同的直流电平，多电平输出开关电源也是开关电源主要的发展方向。与其相关的专利申请常被分入分类号H02M3/下。
c.变频器
变频器电源主要用于交流电机的变频调速，其在电气传动系统中占据的地位日趋重要，已获得巨大的节能效果。变频器电源主电路均采用交流-直流-交流方案。工频电源通过整流器变成固定的直流电壓，然后由大功率晶体管或IGBT组成的PWM高频变换器， 将直流电压逆变成电压、频率可变的交流输出，电源输出波形近似于正弦波，用于驱动交流异步电动机实现无级调速。
d.软开关技术
软开关技术是指通过辅助的电路使开关管开通前电压先降为零或者关断前电流先降为零，这样，就实现了在零电压情况下开通或者在零电流条件下关断，从而大大降低了开关功率损耗，减少了噪声污染和电磁干扰。
e.分布式发电电能并网
为了防止未来的能源危机，发展新能源发电已经迫在眉睫。而风电和光伏发电中的并网逆变器在得到稳定、低谐波的工频交流电中起着重要的作用，因而也是现在开关电源的主要应用之一。与其相关的专利申请常被分入分类号H02M7/下。
3. 开关电源领域专利分布及分析
3.1专利数量
2000年至2012年的各年年开关电源领域专利公开数量，如图1所示：
3.2申请人分布
3.3专利申请分类号分布
从下图可知，国际专利分类号（IPC）分到H02M3/IC的申请比其他分类号的略多，这个分类号下主要关于直流/直流变换，如BOOST、BUCK、CUK等升降压电路。特别是其中H02M3/155分类号相比于其他H02M3下分类号为最常用分类号，H02M3/155主要是针对没有中间变换为交流的直流输入功率转换为直流输出功率电路，由此可见直接的直流升降压技术是现在开关电源的应用热点，其主要用于提供直流电给集成电路中各个电路。其他分类号关于谐波控制、软开关技术的H02M1/IC、关于逆变器的H02M7/IC和关于变频器的H02M7/IC也有较多的申请。从分类号的分布情况可以看到开关电源有向小型化、模块化、绿色化发展的趋势。
4. 结语
随着近年来各种移动设备、节能电器和智能电网的发展，开关电源作为其中的主要组成部分一定会有更加长足的发展。因此可以预见开关电源领域的专利申请量在近几年一定会持续发展，并且随着中国持续产业升级，国内专利申请的质和量都会有很大提升，这就对于我们审查员提出了更高的要求。作为审查员我们应该密切关注本领域的发展、在工作中同时学习先进技术，这样我们才能更好的应对未来的挑战。