筆記本電腦電源適配器輕型化方案

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筆記本電腦電源適配器輕型化方案

現(xiàn)階段主要包含兩種電源分類(lèi)：線(xiàn)性電源和開(kāi)關(guān)電源。
對(duì)于線(xiàn)性電源來(lái)說(shuō) ，其內(nèi)部電容及其變壓器的大小和AC市電的工作頻率成反比，因?yàn)槟壳耙恢辈捎玫氖?0-60Hz工作頻率的AC市電，因此其變壓器及其電容的體積通常都相對(duì)有點(diǎn)大。
綜上所述，個(gè)人PC端消費(fèi)者并不宜用線(xiàn)性電源。
開(kāi)關(guān)電源能夠利用高頻開(kāi)關(guān)模式有效的化解這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于高頻開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō) ，AC輸入電壓能夠在進(jìn)入變壓器之前升壓。伴隨著輸入電壓的升高，變壓器及其電容等元器件的體積就不用像線(xiàn)性電源那么的大。
受益于硅元器件封裝不斷的完善，開(kāi)關(guān)工作頻率已經(jīng)推到了兆赫茲級(jí)別，被動(dòng)元件的體積不斷減小，變換器提高了功率密度，但是高開(kāi)關(guān)工作頻率帶來(lái)的高開(kāi)關(guān)損耗、高磁芯損耗使得整個(gè)系統(tǒng)損耗大幅增加。
2處理辦法
VHF是VeryHighFrequency的縮寫(xiě)，即甚高頻。在電源領(lǐng)域是指頻大于10Mhz的電子硅元器件開(kāi)關(guān)。
甚高頻開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)是很明顯的，電源適配器的規(guī)格，重量和成本是取決于被動(dòng)元件。動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)工作頻率控制是較好的處理辦法。在30Mhz工作頻率下，功率在100瓦級(jí)的電源適配器采用的電感和電容在100nH和100pF范圍。在這個(gè)量級(jí)，會(huì)采用小型、空氣電感和變壓器。
這樣的變化對(duì)電源成本和生產(chǎn)有非常大的優(yōu)勢(shì)。
因此，采用甚高頻開(kāi)關(guān)是減小電源適配器重量的一種可靠的出路，開(kāi)關(guān)工作頻率在30Mhz-100Mhz。這個(gè)工作頻率是現(xiàn)有高頻開(kāi)關(guān)工作頻率的1000倍然而，伴隨著開(kāi)關(guān)工作頻率的大幅提高，功率密度也是被特定因素制約的.
2.1開(kāi)關(guān)損耗
開(kāi)關(guān)管工作狀態(tài)有兩種：斷開(kāi)狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)。斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，流過(guò)開(kāi)關(guān)的電流為0，雖然開(kāi)關(guān)兩端電壓不為0，但P=UI=0，因此不消耗功率。導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)上流過(guò)電流，但開(kāi)關(guān)兩端電壓為0，同樣P=UI=0。實(shí)際上開(kāi)關(guān)元器件開(kāi)關(guān)時(shí)總有一個(gè)過(guò)渡狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗。而且開(kāi)關(guān)損耗與開(kāi)關(guān)工作頻率成正比。
開(kāi)關(guān)損耗包含導(dǎo)通損耗和截止損耗。導(dǎo)通損耗發(fā)生的因素：導(dǎo)通瞬間開(kāi)關(guān)元器件電壓的不能馬上降為0，而電流從0已上升，所以在開(kāi)關(guān)管上發(fā)生電流電壓變換狀況，而發(fā)生損耗電壓不能馬上降為0的因素是開(kāi)關(guān)元器件上有寄生電容，電容上電壓不能突變，即不能馬上降為0，從而發(fā)生功率損耗。在導(dǎo)通過(guò)程中，寄生電容的儲(chǔ)能利用開(kāi)關(guān)元器件放掉而損失。截止損耗發(fā)生的因素：結(jié)束瞬間開(kāi)關(guān)器件電流無(wú)法立刻降至0，而電壓已經(jīng)從0上升，在開(kāi)關(guān)器件上造成電壓電流交替狀況。電流無(wú)法立刻為0的原因是，與開(kāi)關(guān)器件連接的電路中有寄生電感，阻礙電流變化。并且逆變電路中變壓器是電感元件，當(dāng)開(kāi)關(guān)突然關(guān)斷時(shí)，變壓器電感元件電流無(wú)法突變，并會(huì)造成很大的反激電壓，阻礙電流變化，通過(guò)電路加在開(kāi)關(guān)管上，造成比較大的損耗。提高開(kāi)關(guān)速度不但無(wú)法消除損耗，相反會(huì)使反激電壓越大，損耗更大。
2.2磁材損耗
磁材損耗是和開(kāi)關(guān)頻率的k次方成正比的。磁材是限制頻率關(guān)鍵因素，外加上磁性元件一般能承受的溫升也就50到60攝氏度。
磁材損耗是磁芯材質(zhì)內(nèi)交替磁場(chǎng)引致的結(jié)果。某一種材質(zhì)所造成的損耗，是操作頻率與總磁通擺幅(ΔB)的函數(shù)。磁芯損耗是由磁芯材質(zhì)的磁滯、渦流和剩余損耗引起的。
2.3其他限制因素
EMI和干擾、系統(tǒng)散熱、電容和電感的寄生效應(yīng)等。
3高頻電源電源適配器的制約因素的解決辦法
3.1開(kāi)關(guān)損耗
使用高集成的新型硅芯片（比如：美國(guó)麻省理工的FINsix團(tuán)隊(duì)研發(fā)的VHF開(kāi)關(guān)）。
3.2磁材損耗
通過(guò)使用空磁芯變壓器線(xiàn)圈解決磁材損耗。
3.3EMI和干擾
通過(guò)布線(xiàn)設(shè)計(jì)和開(kāi)關(guān)工作頻率選擇（EMI仿真圖上選擇轉(zhuǎn)擇點(diǎn)座位較佳開(kāi)關(guān)工作頻率）。
3.4系統(tǒng)散熱
采用MetalcorePCB技術(shù)，熱阻一般為4℃/W。另一種叫DCB的技術(shù)，用陶瓷基板散熱，器件從陶瓷上表面到下表面的熱阻基本為0.4℃/W。
4具體應(yīng)用結(jié)果與效益
以目前市面主流PC品牌廠(chǎng)家的電源適配器舉例，某高頻電源適配器電源的凈重分別是（惠普）Probook5310m的15%和（惠普）Paviliondv6的12%。

以每一個(gè)包裝運(yùn)輸單位（80～90臺(tái)筆記本電腦）估算，每一個(gè)包裝單位能夠增加20臺(tái)筆記本電腦，如圖1。

主流筆記本電源適配器重量對(duì)比

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| 發(fā)布時(shí)間：2020.12.17 來(lái)源：

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