自從上世紀(jì)60年代開關(guān)模式電源(SMPS)問世以來，出現(xiàn)了幾種我認(rèn)為足以讓設(shè)計(jì)人員為之興奮的技術(shù)，即：磁集成(70年代)、軟開關(guān)(70年代)、MOSFET(70年代)和數(shù)字控制(70年代)。除了數(shù)字控制是為了提高電源智能性以外，其它幾項(xiàng)技術(shù)都是為了從更小的尺寸中獲得更多的電源。

　　從另一個(gè)角度來看，1980年之后SMPS的發(fā)展趨于平緩。我所說的“平緩”實(shí)際上是指有點(diǎn)乏味。因此，每當(dāng)有工程師告訴我說他開發(fā)了某項(xiàng)電源革命性突破技術(shù)時(shí)，我的第一反應(yīng)就是“老兄，天底下哪還有什么新事物喲?！?/p>

圖1：很多令人關(guān)注的發(fā)展都在70年代，隨后直到現(xiàn)在都很乏味。

　　在1999年我開始自己電源設(shè)計(jì)人員職業(yè)生涯時(shí)，就相信這個(gè)行業(yè)永遠(yuǎn)不會(huì)停止其向更高功率密度發(fā)展的腳步，而且明白我手上有幾種工具可以幫助我在這一方向全速行進(jìn)，這分別是：提升時(shí)鐘頻率以縮小變壓器及電感器尺寸，采用軟開關(guān)減少開關(guān)損耗，以及開發(fā)更好的MOSFET降低傳導(dǎo)損耗。而且所有我所讀的書本也都是這么寫的。

　　在這一信念的引導(dǎo)下，多年來我一直嘗試構(gòu)建MHz隔離式電源(無論什么應(yīng)用)，直到有一天，一個(gè)非常有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員告訴我說，根據(jù)他的研究，從效率和成本的角度來看，500kHz是商用隔離式電源的極限。

　　看起來確實(shí)是如此。例如，LM5025A和UCC2897A運(yùn)行頻率物理上都能達(dá)到1MHz。它們一直是50~200W電信DC-DC轉(zhuǎn)換器的主導(dǎo)解決方案，在這里通常最受用的是更高功率密度，但我還沒發(fā)現(xiàn)任何采用這些部件的設(shè)計(jì)能運(yùn)行超過500kHz的頻率。

　　在AC-DC應(yīng)用中，即使是最新的模擬PFC控制器UCC28180，其設(shè)計(jì)運(yùn)行頻率也在250kHz以下。相移全橋(PSFB)和LLC是兩種最流行的軟開關(guān)拓?fù)?，被廣泛用于服務(wù)器與電視等AC-DC應(yīng)用，但我還沒見到有人在產(chǎn)品中將UCC28950或UCC25600等控制器運(yùn)行超過500kHz。

　　我來告訴您原因。控制器從來就不是瓶頸所在。真正限制最小開關(guān)脈沖的是MOSFET的質(zhì)量因素(FOM)。另外還有其它幾個(gè)因素也在限制該產(chǎn)業(yè)向MHz發(fā)展。例如，在MHz范圍內(nèi)，磁性組件的鐵芯損耗會(huì)顯著提升;電容器的寄生電感不能忽略，等等。然而，MOSFET才是長期以來的決定性因素。

　　在過去十年中出現(xiàn)了一項(xiàng)真正意義上的突破性技術(shù)GaN FET。從一開始，我所在的開發(fā)團(tuán)隊(duì)就在與GaNFET制造商合作開發(fā)柵極驅(qū)動(dòng)器LM5113與UCC27611。由于與MOSFET相比其FOM得到了顯著降低，因此GaN FET又重新點(diǎn)燃了我對(duì)MHz甚至10MHz電源的激情。

　　在無線及有線通信設(shè)備用戶快速增長的推動(dòng)下，隔離式DC-DC模塊電源的功率密度在2013年達(dá)到了全新的水平(四分之一磚型模塊達(dá)864W)，2014年，本產(chǎn)業(yè)正在向1kW邁進(jìn)。MOSFET、MHz以下硬開關(guān)以及數(shù)字控制都將在未來1~2年內(nèi)發(fā)揮舉足輕重的重要作用。

　　我已經(jīng)看到了隔離式電源設(shè)計(jì)人員對(duì)于超越MHz表現(xiàn)出的強(qiáng)烈意愿。我對(duì)在3至4年內(nèi)能在市場(chǎng)上看到MHz產(chǎn)品感到非常樂觀。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該行業(yè)還需要充分理解如何充分發(fā)揮GaN技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。無源組件供應(yīng)商需要加快向MHz運(yùn)算邁進(jìn)的步伐。此外，電源設(shè)計(jì)人員還需要開發(fā)最好的拓?fù)?，在不損耗太多轉(zhuǎn)換開關(guān)功率的情況下驅(qū)動(dòng)超高頻率。當(dāng)所有這些都成為現(xiàn)實(shí)的時(shí)候，隔離式電源的市場(chǎng)面貌將發(fā)生極大的變化。