高频开关电源的主要损耗，如何减低损耗

　　从高频开关电源工作原理得知，高频开关电源主要的损耗是由四个部分产生：

　　(1)功率开关管的损耗。

　　(2)高频变压器的损耗。

　　(3)输出端整流管的损耗。

　　(4)检测电流的分流器损耗。

　　(1)改善功率开关管的损耗

　　因电镀用的高频整流器大都是高功率输出，由0.5KW-100KW不等。有这样大的输出功率，绝大部分电镀高频整流器的设计都会採用全桥式的电路，如下图(2)

　　传统的全桥式电路，是一组A和C的功率管与另外一组B和D的功率管作交替切换，产生交流电効果。这个切换是在高压状态下瞬息进行，损耗非常大，称为“硬开关”(Hard Switching)。坊间己开发一些新元件来降低这些损耗，它的方法是使四个功率管有特定时序作出切换，确保功率管几乎在零电压状态下切换，因此损耗大幅减小，称为“软开关”(SoftSwitching)，行业上称为零电压切换(Zero Voltage Switching)。

　　(2)改善高频变压器的损耗

　　高频变压器的损耗可分为两类损耗，(1)磁通损耗和(2)铜损耗。

　　(2.1)磁通损耗

　　因高频变压器是採用“铁氧体”(Ferrite Core)，通过它磁通来偶合传送能量。因此，整流器可採用较高运作频率(200K Hz以上)的设计而选用较小磁通损耗的铁氧体。但这只适合塲效应管(MOSFET)这类高速功率管。另外，它有一个优点就是变压器体积可以减小，降低元件的成本。

　　(2.2)铜损耗

　　变压器机械外形可同时改为“平面式”设计(Planar Transformer)。这类外形的设计可使变压器绕铜线的空间增大，利用较大的线径来减小铜的损耗。另外，它的偶合效果也比较好。最后都能够增加高频变压器的效率。

　　(3)改善输出端整流管的损耗

　　传统开关电源在输出端都是选用萧特基二极管(Schottky Diode)来进行整流处理，虽然萧特基二极管是同类整流管中是损耗最低的一类，但它的电压降仍然有0.6V左右。试想想，当整流器在输出1000A时，单单通过一组萧特基二极管时的损耗时，就有(1000 x 0.6=600W)之多，损耗非常明显。

　　目前，行业己有新进展，利用同步整流(Synchronous Rectification)的技术来改善。它弃用二极管，而採用在导通状态时内阻极低(低至1m Ohm/1毫欧母)的专用功率塲效应管(MOSFET)。它并联多粒塲效应管，使通过每粒塲效应管电流降低，以达到减小损耗的目的。

　　现假设，一个整流器同样通过1000A，塲效应管的数目是8粒，这样，通过它的电流会平均分为125A，它的损耗会变成以下数式：-导通损耗=电流x电流x内阻=125 x 125 x 0.001=15.625W 8粒塲效应管的总导通损耗会是15.625 x 8=125W要留意，塲效应管除了导通损耗之外，它还有规格书标称的开关损耗。它的损耗，总体来说不会比导通损耗为大。

　　由上述两个损耗例子比较，假设导通损耗=开关损耗。塲効应管的总损耗会是125W X 2=250W。结果是用萧特基二极管会比用塲效应管的总损耗多了(600-250)W=约350W

　　(4)改善检测电流的分流器损耗。

　　因电镀工艺有定电流和定电压两种模式，自动化的电镀装置大多採用定电流的方法；而小规模的手动化电镀装置，则多採用定电压做方法。因行业主流都是採用自动化，因此每台电镀高频整流器都需要有定电流的模式，所以整流器内部的设计，一定要有一个检测电流手段，以控制输出的电流与设置的电流值一致。为达致要求，传统简单的做法是用一个电阻R(称为分流器-Current Shunt)来处理，当输出电流通过它时，分流器会检测两端的电压差来确定是否达到已预设的电流值。为减少损耗，一般这类分流器的电压降值都会设计在40毫伏-60毫伏(mV)之间。

　　同样道理，它与电流通过整流管时一样会有功率损耗，损耗值会是：1000A X 40mV=40W要减少这个损耗，可使用检测磁塲的方法。因电流通过一个导体时，它周边的磁塲与流通的电流值是有线性关係的。利用这个磁场值可无损耗地把整流器的输出控制在目标电流值，做到定电流效果。

　　功率因素(Power Factor)

　　除了上述改善高频开关电源的节能方法外，还需要有改善功率因素的要求。许多国家都对这类高功率的开关电源作出规限，严格管理这些从高频整流器所产生的谐波。一般而言，各国要求整流器的功率因素都要达到0.95以上，而欧盟国家对这个要求更甚。关于谐波的管理，中国亦早已在1994年颁布了《电能质量公用电网谐波》（GB/T 14549-93）的国家标准，对各级公用电网的谐波电压和用户注入电网的谐波电流允许值作出了明确规定。另外，中国电力工业部于1998年颁布了《电网电能质量技术监督管理的规定》。