一种高效率AC/DC电源的设计

由于功率密度的增加，能量损耗的密度也更为集中。更高的效率就意味着更低的热损耗。提高电源效率正在迅速成为提高功率密度时唯一可行的措施。本文讨论的AC/DC电源，80%以上的效率就可以被视为高效率。现在，市场上可买到的电源中，有的已经实现了90%的效率，但这些产品都是瞄准高端市场。

　　轻负载时的效率

　　以前，效率在许多设计中都不是一个关键的因素。在电源寿命的绝大部分时间内，工作负载都低于60%。电源很少在满负荷下(100%)长时间工作。然而，在设计之初所收到的规格要求却仅仅针对满负荷的情况来给出，于是设计也是针对满负荷时的效率进行优化的。现在，制造商则以轻负载时的效率作为其设计的卖点，因为这能更好地反映出电源的真实性能。CECP(中国节能产品认证中心)、EPA(美国环保局)和其它组织，也正在研究关于轻负载条件下的效率的新的法规。新的技术(例如数字化控制)正被用来改善在全部负载范围内的效率。在轻负载条件下，开关损耗占到了主要地位，而在更大的负载下，导通损耗则占了主要部分(见图1)。

　　变换器的拓扑结构

　　变换器的拓扑结构是影响系统总效率的主要因素。对拓扑结构的选择，往往离不
　　开在成本、功耗、尺寸、开关频率和效率之间折中取舍。在功率较低(最高为200W)的低效率设计中，成本是最大的影响因素，反激(Flyback)和正激(Forward)变换器形式更为常见。这些设计的效率较低，因为它们只能在一半的开关周期中完成功率的传递。在开关周期的另一半时间内，变压器需要将其所储存的任何能量都耗散掉(漏电感)。由于这部分能量浪费了，所以总的系统效率降低。由于开关元件上所承受的电压和电流过大，因此不能用于功率更高的应用。

　　半桥整流是对正激变换器(以及反激变换器)方法的改进，因为它只让开关承受等于DC输入电压的电压应力，而这是在正激变换器上所出现的应力的一半。开关上的更低的电压意味着开关损耗的降低，它具有能循环利用任何漏电感电流(而不是让其在一个缓冲电路中耗散掉)的优点，因此提高了效率。全桥整流则更进一步，可以开/关更大的功率。从效率的角度来看，它是优先采用的方法，因为它最大限度减少了初级线圈的损耗，并最大限度利用了变压器。与半桥结构相比，全桥结构的开关电流仅仅是前者的一半。这也意味着更小的损耗。