小小的電源開關可如何拯救世界

幾乎所有功耗超過1W的電子產品都帶有開關模式的電源子系統。事實上，也很難想象有任何產品不是這樣。為了提高應用產品在整個生命周期上的效率，且降低成本，業界嘗試了大量的拓撲結構和控制方法。其中，對電源開關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可實現最高水平的集成度，能夠滿足并超出業界日益強制性的新能效規范，從而改變了應用前景。

從生態設計環境來看，一個產品從原材料開始，經過產品設計和生產，然后運送到終端客戶手中，繼而使用、回收，再加上后續消耗，其總價值鏈相當長。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生，并對其影響進行量化?！坝泻Α钡呐欧盼锇瑹?、廢水、溫室氣體、工藝化學材料等，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生更多的化學物質和垃圾。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 (至少對耗能產品如此)，故我們必須把注意力轉向電源和電動電機。

我們日常生活中的大多數應用產品都包含了功率轉換或運動控制子系統，如圖1所示。把這種應用前景一分為二有助于解決問題。

功率轉換子系統主要解決所有AC-DC和DC-DC轉換問題。在常用拓撲中，絕大多數都是利用開關模式轉換電路把一種直流電轉換為另一種直流電。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，大多數情況下，AC-DC電源實際上就是一個DC-DC轉換器。

運動控制子系統的基本工作原理截然不同。在這里，輸入是直流電用于產生交流波形，這種適當的波形使電機轉動。有時這些系統可以稱作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方向并使電機從要求的方向開始 (DC有刷和開關磁阻電機例外) 所需的最小相數。

圖1 大多數應用產品都包含功率轉換或運動控制子系統

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