在當(dāng)今電子設(shè)備飛速發(fā)展的時(shí)代，小型化與高密度AC-DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)已成為行業(yè)的重要趨勢。隨著消費(fèi)者對電子設(shè)備便攜性、性能和效率的要求不斷提高，以及新興技術(shù)如5G通信、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等的廣泛應(yīng)用，AC-DC轉(zhuǎn)換器作為電子設(shè)備中的關(guān)鍵部件，其設(shè)計(jì)正經(jīng)歷著深刻的變革。

小型化設(shè)計(jì)的驅(qū)動力

便攜式設(shè)備需求

智能手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備等便攜式電子產(chǎn)品的普及，對AC-DC轉(zhuǎn)換器的小型化提出了迫切需求。這些設(shè)備需要在有限的空間內(nèi)集成更多的功能，同時(shí)保持輕薄便攜的特點(diǎn)。例如，現(xiàn)代智能手機(jī)的內(nèi)部空間極為緊湊，AC-DC轉(zhuǎn)換器必須盡可能地減小體積，以騰出更多空間給其他關(guān)鍵部件，如電池、攝像頭、處理器等。

空間受限的應(yīng)用場景

除了便攜式設(shè)備，在一些空間受限的應(yīng)用場景中，如工業(yè)自動化控制設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、航空航天設(shè)備等，小型化AC-DC轉(zhuǎn)換器也具有重要應(yīng)用價(jià)值。這些設(shè)備通常需要在狹小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源轉(zhuǎn)換，小型化設(shè)計(jì)能夠更好地滿足其安裝和布局要求。

高密度設(shè)計(jì)的意義

提高功率密度

高密度AC-DC轉(zhuǎn)換器能夠在較小的體積內(nèi)提供更高的功率輸出，從而提高設(shè)備的功率密度。這對于提高設(shè)備的性能和效率至關(guān)重要。例如，在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中，高密度AC-DC轉(zhuǎn)換器可以減少電源模塊的占地面積，為更多的服務(wù)器設(shè)備提供安裝空間，同時(shí)降低能源損耗，提高數(shù)據(jù)中心的整體能效。

增強(qiáng)散熱性能

隨著功率密度的提高，散熱問題成為AC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。高密度設(shè)計(jì)通過優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)和布局，采用先進(jìn)的散熱材料和散熱技術(shù)，能夠有效地提高轉(zhuǎn)換器的散熱性能。例如，采用陶瓷基板、銅箔層壓板等先進(jìn)材料，以及優(yōu)化散熱片結(jié)構(gòu)、增加散熱風(fēng)扇等措施，可以確保轉(zhuǎn)換器在長時(shí)間高負(fù)載運(yùn)行下仍能保持良好的散熱性能，提高其可靠性和穩(wěn)定性。

技術(shù)創(chuàng)新推動小型化與高密度設(shè)計(jì)

新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為了提高AC-DC轉(zhuǎn)換器的效率和功率密度，研究人員不斷探索新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。例如，PFC + LLC以及ACF + ZVS的混合拓?fù)浞绞?，能夠?qū)崿F(xiàn)零開通損耗，同時(shí)回收漏感，大大提高了轉(zhuǎn)換器的效率。此外，新型的反激拓?fù)銩CF(Active-Clamp Flyback)可以消除開通損耗，同時(shí)做到隔離變壓器的漏感回收，加上第三代半導(dǎo)體功率器件的快速關(guān)斷，開關(guān)損耗可以降到忽略不計(jì)，從而加速了小型化進(jìn)程。

集成化設(shè)計(jì)

集成化設(shè)計(jì)是小型化與高密度AC-DC轉(zhuǎn)換器的重要發(fā)展方向。通過將多個(gè)功能模塊集成在一個(gè)芯片或模塊中，可以減少外部元件的數(shù)量，降低電路的復(fù)雜度和體積。例如，MPS的全集成反激控制器系列產(chǎn)品MPX2002/3，將初次級控制器合封在一顆芯片內(nèi)，大大簡化了外圍電路設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)快充電源的小型化提供了全新的思路。MPX2002在重載下可在CCM下運(yùn)行，然后在負(fù)載降低時(shí)切換至準(zhǔn)諧振(QR)操作，如果負(fù)載進(jìn)一步降低，MPX2002將在跳頻(PFM)模式下工作，當(dāng)其進(jìn)入突發(fā)模式時(shí)，開關(guān)頻率固定為20kHz，從而降低音頻噪聲，并在所有負(fù)載條件下實(shí)現(xiàn)高效率。

高頻化技術(shù)

高頻化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)小型化與高密度設(shè)計(jì)的關(guān)鍵手段之一。提高開關(guān)頻率可以大大減小無源器件的尺寸，包括電感、電容及變壓器。例如，MPX2003把頻率進(jìn)一步提升到130kHz以上來滿足小型化需求。然而，高電壓的高頻切換產(chǎn)生的開關(guān)損耗限制了其開關(guān)速度，傳統(tǒng)700V硅功率器件從30kHz發(fā)展到現(xiàn)在200kHz，幾乎已經(jīng)碰到硅的物理瓶頸。隨著第三代半導(dǎo)體材料如GaN的出現(xiàn)，其開關(guān)頻率及效率都得到大大提高，高頻設(shè)計(jì)更加符合新型功率器件的要求，進(jìn)一步推動了小型化與高密度設(shè)計(jì)的發(fā)展。

應(yīng)用領(lǐng)域的拓展

消費(fèi)電子領(lǐng)域

在消費(fèi)電子領(lǐng)域，小型化與高密度AC-DC轉(zhuǎn)換器廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦、智能穿戴設(shè)備等產(chǎn)品中。這些設(shè)備對電源的穩(wěn)定性、效率以及安全性要求極高，小型化與高密度設(shè)計(jì)能夠滿足其便攜性和高性能的需求，同時(shí)提高設(shè)備的續(xù)航能力和用戶體驗(yàn)。

工業(yè)自動化領(lǐng)域

在工業(yè)自動化領(lǐng)域，高密度AC-DC轉(zhuǎn)換器為工業(yè)機(jī)器人、智能制造裝備等設(shè)備提供了高效穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)換。工業(yè)自動化設(shè)備通常需要長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，對電源的質(zhì)量和可靠性要求嚴(yán)格。高密度AC-DC轉(zhuǎn)換器能夠滿足這些要求，同時(shí)其小型化設(shè)計(jì)也便于在工業(yè)設(shè)備中進(jìn)行集成和安裝。

通信設(shè)備領(lǐng)域

隨著5G通信技術(shù)的快速發(fā)展，通信設(shè)備對電源模塊的要求也越來越高。小型化與高密度AC-DC轉(zhuǎn)換器憑借其小型化、高效率的特點(diǎn)，成為通信設(shè)備中的優(yōu)選電源解決方案。在基站、數(shù)據(jù)中心等場合，高密度AC-DC轉(zhuǎn)換器能夠提供穩(wěn)定可靠的電能供應(yīng)，確保通信設(shè)備的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

小型化與高密度AC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)趨勢是電子設(shè)備發(fā)展的必然要求。技術(shù)創(chuàng)新不斷推動著AC-DC轉(zhuǎn)換器向更小、更高效、更可靠的方向發(fā)展，同時(shí)其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。未來，隨著新材料、新工藝、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，小型化與高密度AC-DC轉(zhuǎn)換器將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為電子設(shè)備的發(fā)展注入新的活力。