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(zhù)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(shí)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?，F在，市場(chǎng)上可買(mǎi)到的電源中，有的已經(jīng)實(shí)現了90%的效率，但這些產(chǎn)品都是瞄準高端市場(chǎng)。

　　輕負載時(shí)的效率

　　以前，效率在許多設計中都不是一個(gè)關(guān)鍵的因素。在電源壽命的絕大部分時(shí)間內，工作負載都低于60%。電源很少在滿(mǎn)負荷下(100%)長(cháng)時(shí)間工作。然而，在設計之初所收到的規格要求卻僅僅針對滿(mǎn)負荷的情況來(lái)給出，于是設計也是針對滿(mǎn)負荷時(shí)的效率進(jìn)行優(yōu)化的?，F在，制造商則以輕負載時(shí)的效率作為其設計的賣(mài)點(diǎn)，因為這能更好地反映出電源的真實(shí)性能。CECP(中國節能產(chǎn)品認證中心)、EPA(美國環(huán)保局)和其它組織，也正在研究關(guān)于輕負載條件下的效率的新的法規。新的技術(shù)(例如數字化控制)正被用來(lái)改善在全部負載范圍內的效率。在輕負載條件下，開(kāi)關(guān)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(jiàn)圖1)。

　　變換器的拓撲結構

　　變換器的拓撲結構是影響系統總效率的主要因素。對拓撲結構的選擇，往往離不
　　開(kāi)在成本、功耗、尺寸、開(kāi)關(guān)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(jiàn)。這些設計的效率較低，因為它們只能在一半的開(kāi)關(guān)周期中完成功率的傳遞。在開(kāi)關(guān)周期的另一半時(shí)間內，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，所以總的系統效率降低。由于開(kāi)關(guān)元件上所承受的電壓和電流過(guò)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(jìn)，因為它只讓開(kāi)關(guān)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的應力的一半。開(kāi)關(guān)上的更低的電壓意味著(zhù)開(kāi)關(guān)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(gè)緩沖電路中耗散掉)的優(yōu)點(diǎn)，因此提高了效率。全橋整流則更進(jìn)一步，可以開(kāi)/關(guān)更大的功率。從效率的角度來(lái)看，它是優(yōu)先采用的方法，因為它最大限度減少了初級線(xiàn)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(kāi)關(guān)電流僅僅是前者的一半。這也意味著(zhù)更小的損耗。