開關電源進入高效率功率變換時代

    電子設備特別是計算機的不斷小型化，要求供電電源的體積隨之小型化，因而開關電源開始替代以笨重的工頻變壓器為特征的線性穩壓電源，同時電源效率得到明顯提高。電源體積的減小意味著散熱能力的變差，因而要求電源的功耗變小，即在輸出功率不變的前提下，效率必須提高。

    高效率功率變換：開關電源設計追求的目標

    相同體積的電源的功率耗散基本相同，因此，欲得到更大的輸出功率，必須提高效率，同時，高的電源效率可以有效地減小功率半導體器件的應力，有利于提高其可靠性。

    開關電源的損耗主要為：無源元件損耗和有源元件損耗

    開關損耗一直困惑著開關電源設計者，由于功率半導體器件在開關過程中，器件上同時存在電流、電壓，因而不可避免地存在開關損耗，如果開關電源中開關管和輸出整流二極管能實現零電壓開關或零電流開關，則其效率可以明顯提高。

    開關過程引起的開關損耗大致會占總輸入功率的5%～10%，大幅度降低或消除這一損耗可使開關電源的效率提高5%～10%。最有效的方法是軟開關技術或零電壓開關或零電流開關技術。

    在眾多軟開關的方案中，比較實用的有大功率的全橋變換器，通常采用移相零電壓開關的控制方式，這種控制方式要求在初級側需附加一續流電感以確保開關管在零電壓狀態下導通，由于較大的有效值電流流過，這個附加電感將發熱(盡管比RC緩沖電路小得多)，因而在低壓功率變換中并不采用。

    無源無損耗緩沖電路的特點是不破壞常規PWM控制方式，設計/調試簡單。盡管如此，無源無損耗緩沖電路和準諧振/零電壓開關工作方式也存在一些缺點，如僅能實現關斷軟開關以及在反激式變換器中不太適于大負載范圍變化。軟開關中有源箝位是提高單管正/反激變換器效率的有效方法，最初的專利限制現在已失效，可以普遍應用。

    功率半導體器件的進步：高效率功率變換的根本

    功率半導體器件的進步特別是PowerMOSFET的進步引發出功率變換的一系列的進步：PowerMOSFET的極快的開關速度，使開關電源的開關頻率從雙極晶體管的20kHz提高到100kHz以上，有效地減小了無源儲能元件(電感、電容)的體積。低壓PowerMOSFET使低壓同步整流成為現實，器件的導通電壓從肖特基二極管的0.5V左右，降低到同步整流器的0.1V甚至更低，使低壓整流器的效率至少提高了10%。高壓PowerMOSFET的導通壓降和開關特性的改善，提高了開關電源的初級效率。功率半導體器件的功耗的降低也使散熱器和整機的體積減小。