笔记本电脑电源适配器轻型化方案

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笔记本电脑电源适配器轻型化方案

现阶段主要包含两种电源分类：线性电源和开关电源。
对于线性电源来说，其内部电容及其变压器的大小和AC市电的工作频率成反比，因为目前一直采用的是50-60Hz工作频率的AC市电，因此其变压器及其电容的体积通常都相对有点大。
综上所述，个人PC端消费者并不宜用线性电源。
开关电源能够利用高频开关模式有效的化解这个问题。对于高频开关电源来说，AC输入电压能够在进入变压器之前升压。伴随着输入电压的升高，变压器及其电容等元器件的体积就不用像线性电源那么的大。
受益于硅元器件封装不断的完善，开关工作频率已经推到了兆赫兹级别，被动元件的体积不断减小，变换器提高了功率密度，但是高开关工作频率带来的高开关损耗、高磁芯损耗使得整个系统损耗大幅增加。
2处理办法
VHF是VeryHighFrequency的缩写，即甚高频。在电源领域是指频大于10Mhz的电子硅元器件开关。
甚高频开关的特点是很明显的，电源适配器的规格，重量和成本是取决于被动元件。动态开关工作频率控制是最好的处理办法。在30Mhz工作频率下，功率在100瓦级的电源适配器采用的电感和电容在100nH和100pF范围。在这个量级，会采用小型、空气电感和变压器。
这样的变化对电源成本和生产有非常大的优势。
因此，采用甚高频开关是减小电源适配器重量的一种可靠的出路，开关工作频率在30Mhz-100Mhz。这个工作频率是现有高频开关工作频率的1000倍然而，伴随着开关工作频率的大幅提高，功率密度也是被特定因素制约的.
2.1开关损耗
开关管工作状态有两种：断开状态和导通状态。断开状态时，流过开关的电流为0，虽然开关两端电压不为0，但P=UI=0，因此不消耗功率。导通状态时，开关上流过电流，但开关两端电压为0，同样P=UI=0。实际上开关元器件开关时总有一个过渡状态，会导致开关损耗。而且开关损耗与开关工作频率成正比。
开关损耗包含导通损耗和截止损耗。导通损耗发生的因素：导通瞬间开关元器件电压的不能马上降为0，而电流从0已上升，所以在开关管上发生电流电压变换状况，而发生损耗电压不能马上降为0的因素是开关元器件上有寄生电容，电容上电压不能突变，即不能马上降为0，从而发生功率损耗。在导通过程中，寄生电容的储能利用开关元器件放掉而损失。截止损耗发生的因素：结束瞬间开关器件电流无法立刻降至0，而电压已经从0上升，在开关器件上造成电压电流交替状况。电流无法立刻为0的原因是，与开关器件连接的电路中有寄生电感，阻碍电流变化。并且逆变电路中变压器是电感元件，当开关突然关断时，变压器电感元件电流无法突变，并会造成很大的反激电压，阻碍电流变化，通过电路加在开关管上，造成比较大的损耗。提高开关速度不但无法消除损耗，相反会使反激电压越大，损耗更大。
2.2磁材损耗
磁材损耗是和开关频率的k次方成正比的。磁材是限制频率关键因素，外加上磁性元件一般能承受的温升也就50到60摄氏度。
磁材损耗是磁芯材质内交替磁场引致的结果。某一种材质所造成的损耗，是操作频率与总磁通摆幅(ΔB)的函数。磁芯损耗是由磁芯材质的磁滞、涡流和剩余损耗引起的。
2.3其他限制因素
EMI和干扰、系统散热、电容和电感的寄生效应等。
3高频电源电源适配器的制约因素的解决办法
3.1开关损耗
使用高集成的新型硅芯片（比如：美国麻省理工的FINsix团队研发的VHF开关）。
3.2磁材损耗
通过使用空磁芯变压器线圈解决磁材损耗。
3.3EMI和干扰
通过布线设计和开关工作频率选择（EMI仿真图上选择转择点座位最佳开关工作频率）。
3.4系统散热
采用MetalcorePCB技术，热阻一般为4℃/W。另一种叫DCB的技术，用陶瓷基板散热，器件从陶瓷上表面到下表面的热阻基本为0.4℃/W。
4具体应用结果与效益
以目前市面主流PC品牌厂家的电源适配器举例，某高频电源适配器电源的净重分别是（惠普）Probook5310m的15%和（惠普）Paviliondv6的12%。

以每一个包装运输单位（80～90台笔记本电脑）估算，每一个包装单位能够增加20台笔记本电脑，如图1。

主流笔记本电源适配器重量对比

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| 发布时间：2020.12.17 来源：

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