【节能：满足更高能量转换效率的要求新型ＩＣ帮助克服传统拓扑的局限】 某公司考虑用一台新的效率更高的

　　能耗是非常热门的话题，能量转换也因此具有更加重要的意义。电子设备已经成为我们日常生活中必不可少的一部分，减少这些设备的能耗将具有非常重要的意义。新型的IC技术既可以达到节能的目的，还可以以低成本保持所需的功能和性能。通过IW倡议等活动，业界在减少待机功耗上已经取得了很大进展，目前的重点已经转移到了有源模式上二。
　　美国EPA的能源之星计划对计算机在各种负载下的最小效率制定了标准，对企业服务器、外置电源模块和机顶盒的标准也在制定当中。能源之星的标准很快被日本、中国、欧洲和澳大利亚所采纳。电源在减少能源消耗方面将发挥关键作用，在如何提高效率上出现了些新的关注重点。
　　
　　传统拓扑技术
　　
　　输入电压范围、输出电流和输出电压决定了选用何种拓扑方案。在商用的高容量电源中，选用何种拓扑的决定因素常常是成本，设计者对拓扑的熟悉程度，以及元器件是否容易采购。
　　常用的传统拓扑结构是单开关前向(ISw)、双开关前向(2Sw)和双开关半桥(HB)结构。这三种结构可以提供稳定的-具有成本效益的解决方案，但在一定的成本约束下，达不到所需的效率。典型的电源适配器和高容量电源的峰值效率可以达到60％～70％，但在轻负载条件下的效率很差。日前的法规要求，在20％，50％和满负载条件下的效率都要达到80％，而且还必须保持非常低的待机功耗。
　　
　　开关前向
　　
　　开关前行拓扑是极为常用的一种结构，容易设计、性能稳定、成本低廉，并且所需的元器件也较少。在满载或接近满载的情况下，这种拓扑的效率受限于50％的占空比，低占空比会使匝数比相对较低，原边电流相对较高。在轻负载条件下，开关损失会使效率变得很差。在现在的很多设计中，常采用PFC(功率因数校正)前端来减少谐波电流。当采用功率因数校正的输出电压在400V以内时，单开关前向必须使用耐压大于900V的开关FET，这样就会增加成本。
　　
　　双开关前向
　　
　　2-Sw开关前向拓扑是在单开关前向的基础改进后的设计，旨在解决开关电压范围较窄的问题。这种拓扑提高了开关的电压等级，以使输入电压最大化，但不需要两个开关，其结构仍然是硬开关拓扑，因此开关损耗较高。为驱动高压侧的MOSFET所增加的启动电路和驱动器使得系统的复杂度也提高了。
　　
　　半挢拓扑
　　
　　半桥转换器可以满足更高输出功率的要求。半桥转换器可进行两个四象限操作，降低了原边FET的电流应力，这一点类似于双开关前向转换器。变压器的结构和输出整流比前向拓扑的更为复杂，同前向转换器一样，半桥转换器的开关损耗也是一个很大的问题。
　　
　　新的拓扑结构
　　
　　一些所谓新的拓扑结构其实并不真是新的，有些已经被提出很长时间了。但在商用的高容量系统中采用这些拓扑还是最近几年的事情，其原因是更高的效率要求和新型的IC使得这些拓扑结构具有了很好的成本效益。
　　有源钳位前向拓扑是一种软开关拓扑，虽然看起来像传统的前向拓扑，但一直以来部被认为难以部署，因此基本上只在非常特定的高功率应用中采用，主要是电信行业。
　　这个设计中，在主开关关断的整个时间段内，用与辅助开关并联的电容器对变压器进行复位，避免了在单开关前向设计中的死区时间问题。由于低开关损耗和大干50％的占空比，这种拓扑在整个负载范围内都能实现很高的效率。在扩展的占空比下工作降低了原边电流，减小了开关管上的应力，而且还具有自驱动的同步整流。这种拓扑可以使用低电压也是低成本的MOSFET，在同步整流中是很好的选择。采用有源钳位器件和控制有源钳位FET看起来会增加复杂度，但由于无须采用缓冲器，复位电路，对开关管的各项要求降低了，会抵消所增加的复杂度。
　　安森美半导体公司等器件厂商所提供的先进IC极大简化了这种拓扑的部署，在高容量应用中采用这种拓扑可有效地降低器件成本。然而，与双开关前向或半桥转换器相比，有源钳位前向拓扑还是需要较高电压等级的开关管。
　　LLC(电感电感一电容)谐振拓扑是最适合需要高输出电压的LCD和等离子电视等应用的技术，与有源钳位拓扑相似，这种拓扑也是一种软开关拓扑，可以实现非常高的效率。这种拓扑不需要电感，从而降低了成本和尺寸，在原边器件上的应力也减小了。
　　这种拓扑也有一些缺点，包括非常复杂的电磁设计、变化的频率和输出电容器中的高纹波电流，而且较难实现宽输入电压。
　　
　　比较
　　
　　原边开关管：对300～400Vdc的输入电压，有源钳位拓扑的原边峰值电流是最低的。1-Sw和2-Sw前向拓扑的等放电流与有源钳位拓扑的电流相近，但由于MOSFET电压等级不同，使得导通损耗要高一些。
　　谐振半桥转换器的直流二次侧整流器电压应力是最低的，其次是有源钳位转换器，然后是1-Sw和2-Sw前向转换器。由于开关尖峰的原因，传统拓扑中的二次侧应力还要高。
　　由于不需要输出电感，谐振半桥拓扑的电磁设计显然比较简单，然而，变压器的设计难度会大大增加。与传统的前向转换器相比，有源钳位转换器的输出电感的尺寸要小13％左右。
　　谐振半桥转换器的输出电容器的电流纹波是最高的。
　　有源钳位前向转换器可以实现很高的开关频率(200～300kHz)，而硬开关拓扑的开关频率通常低于150kHz。谐振半桥转换器的开关频率是可变的，在满负载和低输出电压情况下，典型的最低频率一般设定在60～70kHz，最高频率可以达到数百千赫兹。
　　
　　新世纪的新能源
　　
　　经历了大规模利用石油、煤炭等化石能源的一个世纪，在获得前所未有的经济繁荣的同时，人类也在新世纪迎来了资源枯竭、环境污染，温室效应等巨大的挑战。人类的发展离不开能源，因此寻找新能源成为各个国家所面临的迫切课题。目前主要的新能源有：太阳能、风能、地热能、海洋能和其他新能源，其中太阳能是最理想的新能源。
　　太阳能发电的原理是利用光电效应，在阳光照到太阳能板上时直接产生光生电流。目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳电池变换效率最高，已达20％以上，但价格也最贵。非晶态硅太阳电池变换效率最低，但价格最便宜，今后最有希望用于一般发电的将是这种电池。一旦它的大面积组件光电变换效率达到10％，每瓦发电设备价格降到1～2美元时，便足以同现在的发电方式竟争。
　　太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。全球的风能约为274×109MW，其中可利用的风能为2×107MN，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。
　　人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等，但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。不过，地热能的分布相对来说比较分散，开发难度大。
　　海洋能指依附在海水中的可再生能源，海洋通过各种物理过程接收、储存和散发能量，这些能量以潮汐、波浪，温度差、盐度梯度、海流等形式存在于海洋之中，各种能量涉及的物理过程开发技术及开发利用程度等方面存在很大的差异。海洋是个庞大的蓄能库，将太阳能以及派生的风能等以热能、机械能等形式蓄在海水里，不象在陆地和空中那样容易散失。