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閱讀：38發(fā)布時(shí)間：2026-6-3
電源從真空電子管，線性電源到現(xiàn)在經(jīng)歷了很長(zhǎng)一段時(shí)間。在對(duì)功率密度不斷增長(zhǎng)的需求驅(qū)動(dòng)下（高功率密度可將更大功率和更多功能安裝到更小的尺寸中，從而帶來尺寸和物流上的優(yōu)勢(shì)），我們可以看到在近50年內(nèi)，電源的平均轉(zhuǎn)換效率從大約70%提升至接近99%，如下圖所示：
TDK-Lambda電源效率上的改進(jìn)有助于開發(fā)更小，更輕的TDK-Lambda電源產(chǎn)品，同時(shí)降低運(yùn)行成本，對(duì)資源保護(hù)和能源可持續(xù)性至關(guān)重要。但追求高轉(zhuǎn)換效率帶來的收益會(huì)逐漸遞減。每一個(gè)百分比的提升將更難實(shí)現(xiàn)。接下來讓我們了解如何能實(shí)現(xiàn)TDK-Lambda電源的效率超過97%，以及TDK-Lambda電源未來研究方向，離無損耗電源有多近？TDK-Lambda|TDK-Lambda電源|TDK電源|Lambda
想要了解提高電源轉(zhuǎn)換效率所涉及的挑戰(zhàn)，首先我們應(yīng)該了解TDK-Lambda電源主要的損耗機(jī)制。一般來說，系統(tǒng)的效率定義為系統(tǒng)的輸出功率與輸入功率之比。輸入和輸出功率之差是損耗，即系統(tǒng)以熱的形式消耗的功率。根據(jù)以下公式，只要電流在介質(zhì)中流動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生功率損耗。TDK-Lambda|TDK-Lambda電源|TDK電源|Lambda
如公式中I為電流，單位為安培。Reff為介質(zhì)的等效電阻。電流流經(jīng)TDK-Lambda電源內(nèi)部實(shí)際等效電阻的原因有很多種，我們可以將其分為幾大類。
1.半導(dǎo)體損耗：現(xiàn)代TDK-Lambda電源在控制電路和功率電路都使用半導(dǎo)體器件。這些半導(dǎo)體器件在關(guān)斷狀態(tài)下通過電流幾乎為零（無損耗），在導(dǎo)通狀態(tài)（根據(jù)等效導(dǎo)通阻抗Ron）以及從關(guān)到開切換期間（其等效阻抗從幾乎無限大減小為Ron）下則產(chǎn)生功率損耗。我們可以通過降低Ron，減少切換過程花費(fèi)的時(shí)間（更快的開關(guān)）以及減少切換頻率（低頻工作或burst模式工作）來降低損耗。
整流電路也是半導(dǎo)體損耗的重要組成部分。這些元器件在導(dǎo)通狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生功率損耗，與其正向壓降成正比，在反向恢復(fù)期間驅(qū)動(dòng)載流子離開耗盡層也會(huì)有損耗。降低PN結(jié)正向電壓存在物理限制，無法通過結(jié)構(gòu)方式（如加大封裝或元件并聯(lián)等）來解決。這些損耗在低電壓，大電流電路（如低壓直流電源的二次側(cè)）中尤為明顯。解決策略之一是采用“理想整流電路"，使用帶有控制電路的MOS管來模擬二極管，這種做法通常稱為同步整流。
2.磁損耗: TDK-Lambda電源嚴(yán)重依賴磁性元件進(jìn)行濾波，以及在與電網(wǎng)連接的原邊和與用戶負(fù)載關(guān)聯(lián)的副邊之間提供隔離。電感和變壓器的損耗可能非常大。需要相對(duì)較長(zhǎng)的導(dǎo)電材料來實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)構(gòu)形狀，而繞組的電阻與其材料長(zhǎng)度成正比。趨膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)使得電荷沿著繞線的表面流動(dòng)或偏向某一部分導(dǎo)體流動(dòng)，導(dǎo)致?lián)p耗增加，而且隨著頻率升高，其分布會(huì)更不均勻，損耗進(jìn)一步加大。
磁性材料也存在阻抗，并且隨著其中的磁場(chǎng)交替變化，該阻抗上會(huì)感應(yīng)出電勢(shì)，電流開始流動(dòng)（稱為渦流）并以熱的形式耗散功率。交變場(chǎng)中的磁性材料也會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗。每次場(chǎng)方向改變時(shí)，都需要能量來重新進(jìn)行定向磁芯中的原子?？梢酝ㄟ^使用低阻抗的繞組（更大的橫截面積和表面積），以及使用低磁阻高電阻的磁芯材料和結(jié)構(gòu)，來降低損耗。采用層疊式磁芯或粉末磁芯可以將感應(yīng)電勢(shì)分散到低電阻的小段上進(jìn)一步降低損耗。磁滯損耗與開關(guān)頻率相關(guān)，更少的轉(zhuǎn)換次數(shù)會(huì)導(dǎo)致更低的損耗，但作為TDK-Lambda電源中和最重的器件，低頻工作下不利于優(yōu)化尺寸。
3.其它損耗: TDK-Lambda電源的各種其它功能也需要能量來進(jìn)行，比如開關(guān)的打開和關(guān)閉，電壓和電流的測(cè)量，以及依據(jù)測(cè)量的結(jié)果對(duì)電源輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。開關(guān)電源的噪音也很大，需要進(jìn)行大量的濾波以符合輻射發(fā)射限值并給負(fù)載提供清潔，低紋波的直流電壓。雖然這些濾波器件由無功元件組成，但沒有理想的無功元件，能量在電容和電感中相互交換時(shí)，其中的寄生電阻會(huì)消耗能量。
從20世紀(jì)初我們使用的通過故意浪費(fèi)能量來調(diào)節(jié)負(fù)載電壓的高損耗線性電源，到現(xiàn)代的采用超低損耗半導(dǎo)體、磁性材料和智能控制方案的諧振開關(guān)電源，TDK-Lambda電源轉(zhuǎn)換效率一直有實(shí)質(zhì)的提升。TDK-Lambda電源設(shè)計(jì)人員一直在通過拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇，控制技術(shù)和元器件選擇方面的組合優(yōu)化來降低主要的功率損耗。TDK-Lambda|TDK-Lambda電源|TDK電源|Lambda
通過運(yùn)用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制技術(shù)和新材料元器件，如今的TDK-Lambda開關(guān)電源可以很容易實(shí)現(xiàn)95%以上的平均轉(zhuǎn)換效率。隨著對(duì)設(shè)備小型化和輕量化的持續(xù)追求，TDK-Lambda電源效率仍需要不斷進(jìn)行提高。雖然實(shí)現(xiàn)99%效率是不可能的，但TDK-Lambda電源設(shè)計(jì)人員仍在繼續(xù)挑戰(zhàn)極限。借助于新的元器件，在設(shè)計(jì)、工藝制造等團(tuán)隊(duì)的持續(xù)努力下，TDK-Lambda新推出了CUS600M系列（效率高達(dá)96%）,TPF45KW (效率高達(dá)98%),和 ixx系列 DC-DC 模塊電源 (效率高達(dá)98%)等高效率電源產(chǎn)品。
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