TDK電源從真空電子管，線性TDK電源到現(xiàn)在經(jīng)歷了很長(zhǎng)一段時(shí)間。隨著對(duì)功率密度不斷增長(zhǎng)的需求（因?yàn)楦吖β拭芏瓤梢宰屛覀冊(cè)诟〉某叽缰邪惭b更大功率和更多功能，從而帶來(lái)尺寸和物流上的優(yōu)勢(shì)），TDK電源的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)有了顯著的提升。近50年內(nèi)，平均轉(zhuǎn)換效率從大約70%提升至接近100%，這無(wú)疑展示了我們?cè)赥DK電源設(shè)計(jì)和管理方面的巨大進(jìn)步。

效率的提升不僅有助于我們開(kāi)發(fā)更小，更輕的產(chǎn)品，同時(shí)還能降低運(yùn)行成本，這對(duì)于資源保護(hù)和能源的可持續(xù)性都至關(guān)重要。然而，值得注意的是，追求高轉(zhuǎn)換效率帶來(lái)的收益會(huì)逐漸遞減。每一個(gè)百分點(diǎn)的提升都將變得更為困難。那么，我們?nèi)绾卧诮裉鞂?shí)現(xiàn)TDK電源的最大效率超過(guò)97%，以及我們明天要去向何方呢？我們離無(wú)損耗TDK電源有多遠(yuǎn)呢？

為了更好地理解這些問(wèn)題，我們首先需要深入了解主要的TDK電源損耗機(jī)制。

一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)系統(tǒng)的效率可以被定義為系統(tǒng)輸出功率與輸入功率的比值。輸入和輸出功率之間的差異就是損耗，這部分功率通常以熱的形式被消耗掉。只要電流在介質(zhì)中流動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生功率損耗。這些損耗主要包括半導(dǎo)體損耗、磁損耗以及其他損耗。

半導(dǎo)體損耗：現(xiàn)代TDK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(guò)電流幾乎為零（無(wú)損耗），但在導(dǎo)通狀態(tài)（根據(jù)等效導(dǎo)通阻抗Ron）以及從關(guān)到開(kāi)切換期間（其等效阻抗從幾乎無(wú)限大減小為Ron）下會(huì)產(chǎn)生功率損耗。我們可以采取降低Ron、減少切換過(guò)程花費(fèi)的時(shí)間（更快的開(kāi)關(guān)）和減少切換頻率（低頻工作或burst模式工作）等措施來(lái)降低損耗。另外，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(kāi)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(wú)法通過(guò)結(jié)構(gòu)方式（如加大封裝或元件并聯(lián)等）來(lái)解決。這些損耗在低電壓、大電流電路（如低壓直流TDK電源的二次側(cè)）中尤為明顯。最好的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(lái)模擬二極管，這種做法通常稱為同步整流。

磁損耗: TDK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(lái)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(kāi)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(lái)重新進(jìn)行定向磁芯中的原子?？梢酝ㄟ^(guò)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(lái)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(kāi)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電源中最大和最重的器件，低頻工作下不利于優(yōu)化尺寸。

其他損耗: TDK電源的各種其他功能也需要能量來(lái)進(jìn)行，比如開(kāi)關(guān)的打開(kāi)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)TDK電源輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。開(kāi)關(guān)TDK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(wú)功元件組成，但沒(méi)有理想的無(wú)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)初沿用至今的、通過(guò)故意浪費(fèi)能量來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載電壓的高損耗線性TDK電源，到現(xiàn)代采用的超低損耗半導(dǎo)體、磁性材料和智能控制方案的諧振開(kāi)關(guān)TDK電源，TDK電源效率得到了實(shí)質(zhì)性的提升。這一提升，離不開(kāi)TDK電源設(shè)計(jì)人員對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制技術(shù)和元器件選擇等方面的持續(xù)優(yōu)化，尤其是他們通過(guò)巧妙組合這些要素來(lái)降低主要的功率損耗。

在TDK電源轉(zhuǎn)換的歷程中，開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換的引入是一大里程碑。這種模式通過(guò)不連續(xù)的時(shí)間段內(nèi)（通過(guò)低通濾波電路）將輸入連接到負(fù)載，而不是簡(jiǎn)單地將兩者之間的差作為熱量損耗掉。盡管這種理論概念在20世紀(jì)50年代首次引起關(guān)注，但其后大約30年時(shí)間里并未得到廣泛應(yīng)用。然而，開(kāi)關(guān)模式的出現(xiàn)為大量轉(zhuǎn)換拓?fù)浯蜷_(kāi)了新的大門，這些轉(zhuǎn)換拓?fù)湟沧兊迷絹?lái)越高效。

近年來(lái)，諧振拓?fù)淙鏛LC諧振電路越來(lái)越受歡迎。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)借助零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）和零電流開(kāi)關(guān)（ZCS）技術(shù)，使得半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)損耗幾乎完全得到緩解，從而使開(kāi)關(guān)頻率提高，TDK電源尺寸縮小。這些高效拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)和分析比傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)模式拓?fù)洌ㄈ缯な交蚍醇な剑?fù)雜得多，這也是其較晚被廣泛采用的原因之一。

控制技術(shù)的進(jìn)步也在推動(dòng)TDK電源效率的提升。越來(lái)越多節(jié)能控制IC貨架產(chǎn)品不斷推動(dòng)著低成本、高效率TDK電源的發(fā)展。其中，最具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域之一是在輕載運(yùn)行時(shí)，這時(shí)TDK電源輸出功率與靜態(tài)損耗功率處于同一數(shù)量級(jí)。為了在該條件下提高效率，唯一的辦法是進(jìn)一步減少靜態(tài)損耗。因此，具有智能輕載開(kāi)關(guān)方案（頻率降低和/或非連續(xù)模式）的低功耗控制器應(yīng)運(yùn)而生。

同時(shí)，定制化數(shù)字控制的普及也在推動(dòng)TDK電源效率的提升。通過(guò)嵌入式微處理器實(shí)現(xiàn)的定制化數(shù)字控制為TDK電源設(shè)計(jì)人員提供了額外的自由度，幫助最大限度的節(jié)約能源。電力電子設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中軟件工程師的加入，使得精確定制化的控制成為可能，為TDK電源設(shè)計(jì)人員提供了更大的靈活性。

在優(yōu)化了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方案后，TDK電源的效率與元器件的選擇也息息相關(guān)。最近，由于寬帶隙（WBG）半導(dǎo)體的發(fā)展，功率轉(zhuǎn)換效率取得了很大進(jìn)步。使用氮化鎵和碳化硅等材料，半導(dǎo)體制造商可以實(shí)現(xiàn)極低的導(dǎo)通阻抗和超快速的轉(zhuǎn)換速度。制造工藝的改進(jìn)使得低阻抗的繞組被廣泛使用，如利茲線或扁平繞組，降低了磁性元件的損耗。

展望未來(lái)，通過(guò)運(yùn)用最新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制技術(shù)和新材料元器件，開(kāi)關(guān)TDK電源的平均轉(zhuǎn)換效率可能會(huì)輕松實(shí)現(xiàn)95%以上。然而，隨著設(shè)備小型化和輕量化的持續(xù)追求，TDK電源效率仍需要不斷進(jìn)行提高。雖然實(shí)現(xiàn)100%效率是不可能的，但TDK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，高效率的TDK電源產(chǎn)品如CUS600M系列（效率高達(dá)96%）、TPF45KW (效率高達(dá)98%)和 ixx系列 DC-DC 模塊TDK電源 (效率高達(dá)98%)等將會(huì)持續(xù)涌現(xiàn)。