開關電源，高效率的時代
建設智能電網(wǎng)已上升至我國國家戰(zhàn)略層面。目前，我國智能電網(wǎng)已進入全面建設階段，國家電網(wǎng)公司提出，到2020年將全面建成堅強智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)具有信息化、自動化、互動化的特征。
隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展計算機廣泛應用，一些重要場所：如金融、信息、通訊、公共設備控制，對電源可靠性、穩(wěn)定性要求高，超大規(guī)模集成電路制造等產(chǎn)業(yè)對電源也有相當高要求。
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(wěn)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。
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(xiàn)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(xù)流電感以確保開關管在零電壓狀態(tài)下導通，由于較大的有效值電流流過，這個附加電感將發(fā)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(guī)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(xiàn)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(xiàn)在已失效，可以普遍應用。
國內(nèi)的很多開關電源在設計上對結構設計的關注相對不夠，有時會出現(xiàn)電源內(nèi)的各部分溫升不均，有的地方過熱，有的地方幾乎沒有溫升，甚至PCB上產(chǎn)生較大的損耗。一個好的開關電源應該是產(chǎn)生熱的元件均勻分布在PCB上，而且發(fā)熱元件的溫升基本一致，PCB應有盡可能小的損耗，這在模塊電源和塑料外殼的Adapter的設計中尤為重要。
在開關電源的各種損耗中，電磁干擾所產(chǎn)生的損耗，在電源效率高到一定水平后將不容忽視。一方面電磁干擾本身消耗能量，特別是電源效率的提高往往需要軟開關技術或零電壓開關或零電流開關技術(無論是專門設置還是電路本身固有)，應用這些技術減緩了開關過程的電壓、電流的變化速率或消除了開關過程，電磁干擾變得很小，不需要像常規(guī)開關電源電路中需要專門設置抑制電磁干擾的電路(這個電路是存在損耗的)。
仔細分析，高效率功率變換看起來是很簡單的，甚至有些電路拓撲在20多年前就有介紹(如兩級變換拓撲結構，早在UNITRODE82/83年數(shù)據(jù)手冊的ApplicationNote的AN19中就有介紹、TEK2235示波器中也采用了這種功率變換拓撲結構)，但受當時的技術水平，特別是人們認識的限制(總是認為兩級變換的效率比單級低，而事實上兩級變換可以實現(xiàn)事實上的固有的零電壓開關，單級變換則需要特殊的附加電路和控制方式)而并沒有得到承認和應用。器件的性能和人們認識的提高已經(jīng)使兩級變換作為高效率功率變換的主要方式之一。
隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展計算機廣泛應用，一些重要場所：如金融、信息、通訊、公共設備控制，對電源可靠性、穩(wěn)定性要求高，超大規(guī)模集成電路制造等產(chǎn)業(yè)對電源也有相當高要求。
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(wěn)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。
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(xiàn)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(xù)流電感以確保開關管在零電壓狀態(tài)下導通，由于較大的有效值電流流過，這個附加電感將發(fā)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(guī)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(xiàn)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(xiàn)在已失效，可以普遍應用。
國內(nèi)的很多開關電源在設計上對結構設計的關注相對不夠，有時會出現(xiàn)電源內(nèi)的各部分溫升不均，有的地方過熱，有的地方幾乎沒有溫升，甚至PCB上產(chǎn)生較大的損耗。一個好的開關電源應該是產(chǎn)生熱的元件均勻分布在PCB上，而且發(fā)熱元件的溫升基本一致，PCB應有盡可能小的損耗，這在模塊電源和塑料外殼的Adapter的設計中尤為重要。
在開關電源的各種損耗中，電磁干擾所產(chǎn)生的損耗，在電源效率高到一定水平后將不容忽視。一方面電磁干擾本身消耗能量，特別是電源效率的提高往往需要軟開關技術或零電壓開關或零電流開關技術(無論是專門設置還是電路本身固有)，應用這些技術減緩了開關過程的電壓、電流的變化速率或消除了開關過程，電磁干擾變得很小，不需要像常規(guī)開關電源電路中需要專門設置抑制電磁干擾的電路(這個電路是存在損耗的)。
仔細分析，高效率功率變換看起來是很簡單的，甚至有些電路拓撲在20多年前就有介紹(如兩級變換拓撲結構，早在UNITRODE82/83年數(shù)據(jù)手冊的ApplicationNote的AN19中就有介紹、TEK2235示波器中也采用了這種功率變換拓撲結構)，但受當時的技術水平，特別是人們認識的限制(總是認為兩級變換的效率比單級低，而事實上兩級變換可以實現(xiàn)事實上的固有的零電壓開關，單級變換則需要特殊的附加電路和控制方式)而并沒有得到承認和應用。器件的性能和人們認識的提高已經(jīng)使兩級變換作為高效率功率變換的主要方式之一。
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