小小的電源開關(guān)可如何拯救世界

幾乎所有功耗超過1W的電子產(chǎn)品都帶有開關(guān)模式的電源子系統(tǒng)。事實上，也很難想象有任何產(chǎn)品不是這樣。為了提高應(yīng)用產(chǎn)品在整個生命周期上的效率，且降低成本，業(yè)界嘗試了大量的拓撲結(jié)構(gòu)和控制方法。其中，對電源開關(guān)進行改進所獲得的效果仍然是最大的。而最新一代的功率MOSFET和IGBT可實現(xiàn)最高水平的集成度，能夠滿足并超出業(yè)界日益強制性的新能效規(guī)范，從而改變了應(yīng)用前景。

從生態(tài)設(shè)計環(huán)境來看，一個產(chǎn)品從原材料開始，經(jīng)過產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)，然后運送到終端客戶手中，繼而使用、回收，再加上后續(xù)消耗，其總價值鏈相當(dāng)長。在這個生命周期的每一個階段，必須考慮到能耗和有害廢物的產(chǎn)生，并對其影響進行量化?！坝泻Α钡呐欧盼锇瑹帷U水、溫室氣體、工藝化學(xué)材料等，在運輸和使用階段溫室氣體排放更多，而在回收處理時會產(chǎn)生更多的化學(xué)物質(zhì)和垃圾。若以金錢來量化上述所有影響，并將之累加起來，其總和被稱為“生命周期成本 (lifecycle cost)”。

顯然，在這個例子中，少即是多。應(yīng)該怎么做呢?由于一般通過提高工作模式和待機模式下的效率可獲得最大效果 (至少對耗能產(chǎn)品如此)，故我們必須把注意力轉(zhuǎn)向電源和電動電機。

我們?nèi)粘Ｉ钪械拇蠖鄶?shù)應(yīng)用產(chǎn)品都包含了功率轉(zhuǎn)換或運動控制子系統(tǒng)，如圖1所示。把這種應(yīng)用前景一分為二有助于解決問題。

功率轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)主要解決所有AC-DC和DC-DC轉(zhuǎn)換問題。在常用拓撲中，絕大多數(shù)都是利用開關(guān)模式轉(zhuǎn)換電路把一種直流電轉(zhuǎn)換為另一種直流電。即使是在脫機電源中，輸入端的首要部件之一也是整流器，因此，嚴格來說，大多數(shù)情況下，AC-DC電源實際上就是一個DC-DC轉(zhuǎn)換器。

運動控制子系統(tǒng)的基本工作原理截然不同。在這里，輸入是直流電用于產(chǎn)生交流波形，這種適當(dāng)?shù)牟ㄐ问闺姍C轉(zhuǎn)動。有時這些系統(tǒng)可以稱作DC-AC，有時它又被稱為變頻器。大部分電機都有三相，這些逆變器帶三個輸出端，仍使用開關(guān)模式電路來生成相移波形，供電機所用。三相實際上是確定旋轉(zhuǎn)方向并使電機從要求的方向開始 (DC有刷和開關(guān)磁阻電機例外) 所需的最小相數(shù)。

圖1 大多數(shù)應(yīng)用產(chǎn)品都包含功率轉(zhuǎn)換或運動控制子系統(tǒng)

推動這三者進步的主要驅(qū)動力量是所用開關(guān)和控制電路的性能提高;電源電子系統(tǒng)集成度不斷提高的趨勢;以及設(shè)備制造商價值鏈的改變。例如，許多制造商視電源為畏途，因為它難以設(shè)計、成本高，而且產(chǎn)熱，卻沒有增加終端產(chǎn)品的銷售優(yōu)勢，也沒有增加其功能性。廠商更關(guān)注的往往是產(chǎn)品中對他們更重要的其它方面。在這些情況下，電源設(shè)計必須訴諸于其它地方，而半導(dǎo)體供應(yīng)商能夠通過提供出色的解決方案支持在此發(fā)揮重大作用。