TDK電源從真空電子管，線性TDK電源到現(xiàn)在經(jīng)歷了很長一段時間。隨著對功率密度不斷增長的需求（因為高功率密度可以讓我們在更小的尺寸中安裝更大功率和更多功能，從而帶來尺寸和物流上的優(yōu)勢），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%，這無疑展示了我們在TDK電源設(shè)計和管理方面的巨大進(jìn)步。

效率的提升不僅有助于我們開發(fā)更小，更輕的產(chǎn)品，同時還能降低運(yùn)行成本，這對于資源保護(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)換效率帶來的收益會逐漸遞減。每一個百分點(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97%，以及我們明天要去向何方呢？我們離無損耗TDK電源有多遠(yuǎn)呢？

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

一般來說，一個系統(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，就會產(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)下通過電流幾乎為零（無損耗），但在導(dǎo)通狀態(tài)（根據(jù)等效導(dǎo)通阻抗Ron）以及從關(guān)到開切換期間（其等效阻抗從幾乎無限大減小為Ron）下會產(chǎn)生功率損耗。我們可以采取降低Ron、減少切換過程花費(fèi)的時間（更快的開關(guān)）和減少切換頻率（低頻工作或burst模式工作）等措施來降低損耗。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)動載流子離開耗盡層也會有損耗。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。需要相對較長的導(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或偏向某一部分導(dǎo)體流動，導(dǎo)致?lián)p耗增加，而且隨著頻率升高，其分布會更不均勻，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交替變化，該阻抗上會感應(yīng)出電勢，電流開始流動（稱為渦流）并以熱的形式耗散功率。交變場中的磁性材料也會產(chǎn)生磁滯損耗。每次場方向改變時，都需要能量來重新進(jìn)行定向磁芯中的原子。可以通過使用低阻抗的繞組（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進(jìn)行，比如開關(guān)的打開和關(guān)閉、電壓和電流的測量以及依據(jù)測量的結(jié)果對TDK電源輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。開關(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，其中的寄生電阻會消耗能量。從20世紀(jì)初沿用至今的、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TDK電源設(shè)計人員對拓?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，尤其是他們通過巧妙組合這些要素來降低主要的功率損耗。

在TDK電源轉(zhuǎn)換的歷程中，開關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換的引入是一大里程碑。這種模式通過不連續(xù)的時間段內(nèi)（通過低通濾波電路）將輸入連接到負(fù)載，而不是簡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年時間里并未得到廣泛應(yīng)用。然而，開關(guān)模式的出現(xiàn)為大量轉(zhuǎn)換拓?fù)浯蜷_了新的大門，這些轉(zhuǎn)換拓?fù)湟沧兊迷絹碓礁咝А?/p>

近年來，諧振拓?fù)淙鏛LC諧振電路越來越受歡迎。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)借助零電壓開關(guān)（ZVS）和零電流開關(guān)（ZCS）技術(shù)，使得半導(dǎo)體的開關(guān)損耗幾乎完全得到緩解，從而使開關(guān)頻率提高，TDK電源尺寸縮小。這些高效拓?fù)涞脑O(shè)計和分析比傳統(tǒng)的開關(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TDK電源效率的提升。越來越多節(jié)能控制IC貨架產(chǎn)品不斷推動著低成本、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，這時TDK電源輸出功率與靜態(tài)損耗功率處于同一數(shù)量級。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，定制化數(shù)字控制的普及也在推動TDK電源效率的提升。通過嵌入式微處理器實(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)計團(tuán)隊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，通過運(yùn)用最新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制技術(shù)和新材料元器件，開關(guān)TDK電源的平均轉(zhuǎn)換效率可能會輕松實(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)計人員仍在繼續(xù)挑戰(zhàn)極限。借助于新的元器件，在設(shè)計、工藝制造等團(tuán)隊的持續(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%)等將會持續(xù)涌現(xiàn)。