电源的要求不断变化并适应电气负载的发展，创新电源介绍第一部分

选择合适的电源转换器仅仅是找到最便宜的部件吗?事实证明，电源电压转换领域的创新是值得的，并且在市场上得到了回报——因为这些解决方案带来了更高质量的产品。本文概述了一些成功实现质量优于低成本电源转换器的应用示例。

电源转换器几乎用于所有电气设备。多年来，它们已经针对各自的应用条件进行了设计和调整。今天的制造商之间有区别吗?

“商品”一词是指市场上不同制造商之间差别不大，其价格与原材料价格一样主要由制造成本决定的贸易或商业物品。产品创新的空间很小。

当我开始在电源半导体领域工作时，很大一部分电源行业正在经历一场巨变。大多数应用正在从线性稳压器过渡到效率更高的开关稳压器。这主要是通过开发具有内部电源开关的开关稳压器 IC 和简化的设计来实现的，这极大地促进了此类开关稳压器解决方案的应用。凌力尔特公司现已成为 ADI 公司的一部分，在实现这一根本性变革方面发挥了关键作用。

在那段重要的时间之后，人们经常听到电源业务无法再产生任何重大创新，而进一步的发展将朝着一个方向发展：降低成本。

简单的电压转换就足够的应用

当今存在简单的电压转换就足够的应用。这些应用是用于消费产品的非常便宜的开关模式电源。具有几乎相同的技术特性的电源转换器被广泛提供。线性稳压器的价格在几欧分左右。简单的开关稳压器也只需几美分，但它们具有显着优势，例如更高的效率和更高的输出电流。

电压转换器市场的差异化

然而，对于大多数应用，电源领域将不再有创新的预测被证明是假的。即使在赠品等廉价促销品中，电源转换质量也起着决定性作用。这可以从我使用多年的促销礼物来说明：我车上点烟器的 USB 充电适配器。它承诺高达 2 A 的充电电流。将 12 V 转换为 5 V 的集成开关模式电源转换器可以产生这些 2 A 电流。使用标准开关稳压器来减少这种高功率下的热损失。不幸的是，当使用此 USB 适配器时，车载收音机停止工作。转换器的开关频率和开关转换的频率导致了强辐射，使无线电接收变得不可能。在选择开关稳压器时，注意的是价格，而不是确保低电磁辐射。

另一个例子是带有纽扣电池的廉价设备，在短暂运行后必须更换。在这里，最终产品的质量也直接取决于电源的质量。

大多数应用的质量创新

还考虑到持续良率和防止过多的电子浪费，需要开发更高质量的电源产品。因此，在大多数应用中，稳压器并未成为商品。以下是一些非常成功的创新目标。

提高转换效率

能源要花钱。这笔钱是否支付给公用事业公司并不重要。必须购买电池或产生费用，例如为光伏系统制造太阳能电池。由于这个事实，对于所有电源，转换效率都很重要。在某些情况下，它甚至是决定性的。

电压转换过程中发生的能量损失会导致另一个问题：加热系统。如果必须安装额外的散热器和风扇，它可能会变得昂贵。电子电路的可靠性和耐用性通常也很大程度上取决于工作温度。

提高效率基本上是所有功率转换的创新目标：对于极低功率(如在能量收集或电池供电的应用中)和高功率(如在千瓦范围内的电源单元)。85% 的转换效率对于 20 年前的开关稳压器来说可能是不错的，但在当今的许多应用中，即使是 93% 也不够。看起来这种趋势不会很快消失。100% 的转换效率似乎并不容易达到，但仍将是目标。100% 效率的电压转换没有任何损失。

可以进行许多创新以提高效率。一方面，可以降低通态电阻(R DS(on) )和开关的栅极电容。也可以增加开关转换的速度。这降低了开关损耗。许多此类改进是由 GaN 和 SiC 等新开关技术提供的。

另一种选择是减少无源元件(例如电感器和电容器)的损耗。

除了这些明显的调整之外，还存在涉及开关稳压器拓扑的替代方法。LTC7821混合转换器就是一个例子。它将电荷泵与降压转换器相结合，以在电源电压转换为较低电压时实现非常高的效率。对于在 20 A 的输出电流下将 48 V 转换为 12 V，在 500 kHz 的开关频率下可以实现 97.3% 的转换效率。使用标准商用硅 MOSFET 可产生 240 W 的输出功率。图 1 说明了混合降压转换概念。损耗之所以如此之低，是因为电荷泵的工作效率极高，并且由于电源电压已经减半，下游降压转换器可以在最佳电压范围内工作。