TDK電源從真空電子管，線性TDK電源到現在經歷了很長一段時間。隨著對功率密度不斷增長的需求（因為高功率密度可以讓我們在更小的尺寸中安裝更大功率和更多功能，從而帶來尺寸和物流上的優勢），TDK電源的轉換效率已經有了顯著的提升。近50年內，平均轉換效率從大約70%提升至接近100%，這無疑展示了我們在TDK電源設計和管理方面的巨大進步。

效率的提升不僅有助于我們開發更小，更輕的產品，同時還能降低運行成本，這對于資源保護和能源的可持續性都至關重要。然而，值得注意的是，追求高轉換效率帶來的收益會逐漸遞減。每一個百分點的提升都將變得更為困難。那么，我們如何在今天實現TDK電源的最大效率超過97%，以及我們明天要去向何方呢？我們離無損耗TDK電源有多遠呢？

為了更好地理解這些問題，我們首先需要深入了解主要的TDK電源損耗機制。

一般來說，一個系統的效率可以被定義為系統輸出功率與輸入功率的比值。輸入和輸出功率之間的差異就是損耗，這部分功率通常以熱的形式被消耗掉。只要電流在介質中流動，就會產生功率損耗。這些損耗主要包括半導體損耗、磁損耗以及其他損耗。

半導體損耗：現代TDK電源在控制電路和功率電路都使用半導體器件。這些半導體器件在關斷狀態下通過電流幾乎為零（無損耗），但在導通狀態（根據等效導通阻抗Ron）以及從關到開切換期間（其等效阻抗從幾乎無限大減小為Ron）下會產生功率損耗。我們可以采取降低Ron、減少切換過程花費的時間（更快的開關）和減少切換頻率（低頻工作或burst模式工作）等措施來降低損耗。另外，整流電路也是半導體損耗的重要組成部分。這些元器件在導通狀態下會產生功率損耗，與其正向壓降成正比，在反向恢復期間驅動載流子離開耗盡層也會有損耗。降低PN結正向電壓存在物理限制，無法通過結構方式（如加大封裝或元件并聯等）來解決。這些損耗在低電壓、大電流電路（如低壓直流TDK電源的二次側）中尤為明顯。最好的解決策略之一是采用“理想整流電路”，使用帶有控制電路的MOS管來模擬二極管，這種做法通常稱為同步整流。

磁損耗: TDK電源嚴重依賴磁性元件進行濾波，以及在與電網連接的原邊和與用戶負載關聯的副邊之間提供隔離。電感和變壓器的損耗可能非常大。需要相對較長的導電材料來實現所需的結構形狀，而繞組的電阻與其材料長度成正比。趨膚效應和臨近效應使得電荷沿著繞線的表面流動或偏向某一部分導體流動，導致損耗增加，而且隨著頻率升高，其分布會更不均勻，損耗進一步加大。磁性材料也存在阻抗，并且隨著其中的磁場交替變化，該阻抗上會感應出電勢，電流開始流動（稱為渦流）并以熱的形式耗散功率。交變場中的磁性材料也會產生磁滯損耗。每次場方向改變時，都需要能量來重新進行定向磁芯中的原子。可以通過使用低阻抗的繞組（更大的橫截面積和表面積），以及使用低磁阻高電阻的磁芯材料和結構來降低損耗。采用層疊式磁芯或粉末磁芯可以將感應電勢分散到低電阻的小段上進一步降低損耗。磁滯損耗與開關頻率相關，更少的轉換次數會導致更低的損耗，但作為TDK電源中最大和最重的器件，低頻工作下不利于優化尺寸。

其他損耗: TDK電源的各種其他功能也需要能量來進行，比如開關的打開和關閉、電壓和電流的測量以及依據測量的結果對TDK電源輸出進行調節。開關TDK電源的噪音也很大，需要進行大量的濾波以符合輻射發射限值并給負載提供清潔、低紋波的直流電壓。雖然這些濾波器件由無功元件組成，但沒有理想的無功元件，能量在電容和電感中相互交換時，其中的寄生電阻會消耗能量。從20世紀初沿用至今的、通過故意浪費能量來調節負載電壓的高損耗線性TDK電源，到現代采用的超低損耗半導體、磁性材料和智能控制方案的諧振開關TDK電源，TDK電源效率得到了實質性的提升。這一提升，離不開TDK電源設計人員對拓撲結構、控制技術和元器件選擇等方面的持續優化，尤其是他們通過巧妙組合這些要素來降低主要的功率損耗。

在TDK電源轉換的歷程中，開關模式功率轉換的引入是一大里程碑。這種模式通過不連續的時間段內（通過低通濾波電路）將輸入連接到負載，而不是簡單地將兩者之間的差作為熱量損耗掉。盡管這種理論概念在20世紀50年代首次引起關注，但其后大約30年時間里并未得到廣泛應用。然而，開關模式的出現為大量轉換拓撲打開了新的大門，這些轉換拓撲也變得越來越高效。

近年來，諧振拓撲如LLC諧振電路越來越受歡迎。這種拓撲結構借助零電壓開關（ZVS）和零電流開關（ZCS）技術，使得半導體的開關損耗幾乎完全得到緩解，從而使開關頻率提高，TDK電源尺寸縮小。這些高效拓撲的設計和分析比傳統的開關模式拓撲（如正激式或反激式）復雜得多，這也是其較晚被廣泛采用的原因之一。

控制技術的進步也在推動TDK電源效率的提升。越來越多節能控制IC貨架產品不斷推動著低成本、高效率TDK電源的發展。其中，最具挑戰性的領域之一是在輕載運行時，這時TDK電源輸出功率與靜態損耗功率處于同一數量級。為了在該條件下提高效率，唯一的辦法是進一步減少靜態損耗。因此，具有智能輕載開關方案（頻率降低和/或非連續模式）的低功耗控制器應運而生。

同時，定制化數字控制的普及也在推動TDK電源效率的提升。通過嵌入式微處理器實現的定制化數字控制為TDK電源設計人員提供了額外的自由度，幫助最大限度的節約能源。電力電子設計團隊中軟件工程師的加入，使得精確定制化的控制成為可能，為TDK電源設計人員提供了更大的靈活性。

在優化了拓撲結構和控制方案后，TDK電源的效率與元器件的選擇也息息相關。最近，由于寬帶隙（WBG）半導體的發展，功率轉換效率取得了很大進步。使用氮化鎵和碳化硅等材料，半導體制造商可以實現極低的導通阻抗和超快速的轉換速度。制造工藝的改進使得低阻抗的繞組被廣泛使用，如利茲線或扁平繞組，降低了磁性元件的損耗。

展望未來，通過運用最新的拓撲結構、控制技術和新材料元器件，開關TDK電源的平均轉換效率可能會輕松實現95%以上。然而，隨著設備小型化和輕量化的持續追求，TDK電源效率仍需要不斷進行提高。雖然實現100%效率是不可能的，但TDK電源設計人員仍在繼續挑戰極限。借助于新的元器件，在設計、工藝制造等團隊的持續努力下，高效率的TDK電源產品如CUS600M系列（效率高達96%）、TPF45KW (效率高達98%)和 ixx系列 DC-DC 模塊TDK電源 (效率高達98%)等將會持續涌現。