一種高效率AC/DC電源的設計

由于功率密度的增加，能量損耗的密度也更為集中。更高的效率就意味著更低的熱損耗。提高電源效率正在迅速成為提高功率密度時唯一可行的措施。本文討論的AC/DC電源，80%以上的效率就可以被視為高效率。現(xiàn)在，市場上可買到的電源中，有的已經(jīng)實現(xiàn)了90%的效率，但這些產(chǎn)品都是瞄準高端市場。

　　輕負載時的效率

　　以前，效率在許多設計中都不是一個關鍵的因素。在電源壽命的絕大部分時間內(nèi)，工作負載都低于60%。電源很少在滿負荷下(100%)長時間工作。然而，在設計之初所收到的規(guī)格要求卻僅僅針對滿負荷的情況來給出，于是設計也是針對滿負荷時的效率進行優(yōu)化的?，F(xiàn)在，制造商則以輕負載時的效率作為其設計的賣點，因為這能更好地反映出電源的真實性能。CECP(中國節(jié)能產(chǎn)品認證中心)、EPA(美國環(huán)保局)和其它組織，也正在研究關于輕負載條件下的效率的新的法規(guī)。新的技術(例如數(shù)字化控制)正被用來改善在全部負載范圍內(nèi)的效率。在輕負載條件下，開關損耗占到了主要地位，而在更大的負載下，導通損耗則占了主要部分(見圖1)。

　　變換器的拓撲結構

　　變換器的拓撲結構是影響系統(tǒng)總效率的主要因素。對拓撲結構的選擇，往往離不
　　開在成本、功耗、尺寸、開關頻率和效率之間折中取舍。在功率較低(最高為200W)的低效率設計中，成本是最大的影響因素，反激(Flyback)和正激(Forward)變換器形式更為常見。這些設計的效率較低，因為它們只能在一半的開關周期中完成功率的傳遞。在開關周期的另一半時間內(nèi)，變壓器需要將其所儲存的任何能量都耗散掉(漏電感)。由于這部分能量浪費了，所以總的系統(tǒng)效率降低。由于開關元件上所承受的電壓和電流過大，因此不能用于功率更高的應用。

　　半橋整流是對正激變換器(以及反激變換器)方法的改進，因為它只讓開關承受等于DC輸入電壓的電壓應力，而這是在正激變換器上所出現(xiàn)的應力的一半。開關上的更低的電壓意味著開關損耗的降低，它具有能循環(huán)利用任何漏電感電流(而不是讓其在一個緩沖電路中耗散掉)的優(yōu)點，因此提高了效率。全橋整流則更進一步，可以開/關更大的功率。從效率的角度來看，它是優(yōu)先采用的方法，因為它最大限度減少了初級線圈的損耗，并最大限度利用了變壓器。與半橋結構相比，全橋結構的開關電流僅僅是前者的一半。這也意味著更小的損耗。