未来的持有或开关电源技术是什么

虽然进展将继续，但您可能不会看到相同程度的效率改进，以前二十年。

在过去的40年中，开关电源已经从60-Hz变压器演变为复杂的高频设备。演变主要由开发更快的半导体开关的开发来驱动。

电源多年来说明了更有效的开关电源技术如何降低供应量。Top，1977年的Eurocard的DC / DC开关电源。此供应占用80 W并占用160×100毫米的占地面积。它还需要在此未示出的电力变压器。接下来，1990年的金属封装中的AC / DC开关电源。它推出了100 W和占用160×93毫米。三是2005年开放式AC / DC电源。它推出了100 W，坐在101×51毫米的空间中。最后，2015年的开放式AC / DC开关电源。它产生100 W并占据76×51毫米。

开关技术从相对慢切换的晶闸管前进到双极晶体管，首先具有较小的封闭电压。改善双极技术允许实现最多60 kHz范围的开关频率。在20世纪80年代技术效应晶体管在技术上复杂，并且具有不良价格/性能比。他们的可用性使得可以再次提高开关频率，这次是几百千赫兹。

当然，电源开关频率的连续上升不作为其自身的端部;磁性的物理性质导致使用更小的功率变换装置和相应的开关电源设计。一方面，电力变换装置必须与危险电源电压绝缘;另一方面，它们使输出电压适应消费者的水平。但是更高的开关频率导致更高的开关损耗，这可能迫使使用额外的冷却方法，从而适用于较小的设计。

出于这个原因，今天的交换耗材使用更复杂的开关拓扑，其中开关元件在电压或无电源状态下打开和关闭。在交换技术使零电压或零电流切换不可能下，也使用极快切换的镓 - 砷化镓（GaAs）或碳化硅（SiC）开关元件。与MOSFET技术相比，这些组件仍然相当昂贵;然而，他们的价格正在慢慢向下培训，因此越来越适合工业应用。

电力变换设备的缩小尺寸

在20世纪70年代，具有大型和重型60 Hz变压器的开关电源仍在使用中。250 W电源重20磅，比鞋盒大。电力变换装置在每个电源中持续是一个重要的部件，大大影响开关整体供应尺寸。电力变换装置中的可转移能量主要取决于冷却，变压器芯积，磁场的绕组和变化率，以及传输频率。因此，传输频率必须上升，以增加变压器的可转换功率或减小其尺寸，同时保持相同的功率电平。

忽视绝缘要求，电力变换装置可以在第一近似下传输功率，以与传输频率的平方根成反比的水平。这是现代切换供应首先整流60-Hz电源电压的原因，然后通过电子开关产生更高的交流电压。例如，如果该交流电压的频率为60kHz，则所需的电力变换装置比在60Hz小于60Hz的时间约为30倍，这自然也影响开关供应的体积和重量。在600 kHz的频率下，电力变换设备的尺寸可以进一步降至第三个。这意味着频率的任何额外上升只能导致功率变换设备的大小的适度减少。

电容器用于在电流中断裂期间切换电源以缓冲电压，以平滑电流和电压的剩余纹波，或过滤出高频干扰。这些电容器的尺寸也可以用频率线性地降低，又导致更小的开关供应。然而，在开关电源的输入处的缓冲电容通常不会缩小，因为它们在120Hz处运行。除非省略缓冲时间，否则这也是为什么不能任意减小的开关电源的尺寸的原因。

一个经常被忽略的一个因素是开关电源的最大可转移功率经常取决于最大允许的操作温度和元件冷却。制造商经常制定雄心勃勃的陈述，如果足够的冷却不可用，可以导致用户出现问题。因此，在选择供应时，最好咨询制造商所示的效率规格或功率损耗。

一家制造商可以列出比另一个更高的标称动力，只需允许更高的操作温度。然而，较高的操作温度可能会降低操作可靠性。通常，可以说，今天的开关电源被优化到这样的程度，即任何进一步的体积减小只能通过散热器或强制空气添加冷却。但额外的冷却增加了成本，并且特别是由于噪声和潜在的污染而产生强制空气。因此，降低供应尺寸的更有前途的方法是在转换电力时使供应更有效。

在20世纪80年代 - 开关电源的早期 - 工业交换供应效率约为70％。到20世纪90年代，他们已提高到80％以上。在过去十年中，90％范围内的开关电源已成为技术标准。

如今，开关电源的功率变换主要通过谐振切换FET来实现。这些半导体廉价且具有低的损耗率，因为它们在零电压或零电流点开启或关闭。它们非常适合处理约800 W的电源。

升压转换器拓扑经常使用超过100W的开关电源的输入侧，从而在仅使用整流器时，提供比可能的功率因数显着更高的功率因数（超过95％）。这种拓扑需要额外的电感。为了保持尽可能小，供应设计人员可以基于GaAs或SiC采用快速切换的半导体开关。这些开关元件的传输频率和切换过程比传统硅半导体高约10倍。GaAs和SiC开关元件仍然超过硅MOSFET;但是，他们的价格下降了。