科技的發展對工程師的能力要求越來越高，在同樣功率和電壓的條件下，是什么技術瓶頸限制了開關電源的體積進一步縮小?現有技術條件下，電腦主機的電源不能做到和手機充電器一樣大嗎?為什么?請不要簡單回答說散熱問題，我想知其所以然。另外，未來是否有可能進一步縮小體積功率比?需要哪些技術前提?

    工程師網友：arokh

    開關電源這東西要完成兩件事：

    1，電氣隔離;

    2，電壓轉換和穩定。

    從哲學方法上去理解開關電源的穩壓的工作過程，基本上像水車一樣，上面有很多水瓢，然后按一定速度轉動。需要的水多，每次多舀水，反之亦然。回到開關電源，它也是“一瓢一瓢去舀電”每次工作都轉換一份電能成為磁能，然后變回電能，如果頻率一定，那么控制每次轉換的能量多少就可以根據功率輸出穩壓了。而電-磁-電的轉換過程也實現了隔離。接下來問題來了，要實現大功率，要么水車轉得飛快(提高開關頻率)要么每次多裝水(增加磁性原件和開關器件體積)，你看到的方案多是后者，因為前者會帶來很多問題，比如1，開關管一開一關不是瞬間完成，它有個過程，會造成損耗，也就是發熱，這一點你已經提到。2，我們可以想辦法降低這個損耗，但是開關過程太快，電壓電流變化率也太快這就造成電磁輻射加大?？纱直├斫鉃殡妱幼魈毂凰Τ鋈チ恕?，電磁轉換也需要時間，受制于技術和成本，能高效工作在兆赫級的磁性器件也相對來說是高端貨了。目前壓榨器件性能主要靠先進的拓撲，我知道的用移相全橋做的200瓦單輸出開架式ACDC做到了名片盒大小。當然還有更牛逼的。你想理解深入一些的話，不如自己做一個簡單的ACDC體會一下。

    工程師網友：初級電工

    主要限制條件就是3個大類的元件性能，1.變壓器的磁飽和容量 2.開關元件開關和導通損耗 3.濾波元器件的體積

    這些元件性能的限制導致元件發熱嚴重，所以必須用大體積元件，還得加散熱片，然后體積就小不了了。所以，從表面看來，還是是散熱問題

    那么怎么才能小體積呢，很簡單，假如有如下元件

    假設，我們的開關管非常好，開關損耗非常低，只有目前我們最好的開關管的1%，那么我們就可以用非常小的封裝來設計電路了，那一大片又死重的散熱片就可以丟掉了

    假設我們的整流二極管壓降只有0.0001V，電流能到幾百安培,封裝可以做到0603，那么整流二極管也很小了，也沒有散熱片了，體積也小了很多了

    假設我們的變壓器磁芯飽和容量非常非常大，那么我們也不用擔心磁飽和，頻率我們可以低一點，EMC也好過,那些大塊大塊的共軛電感什么的說不定都可以不用要了

    假設我們的濾波電容可以做到1F，耐壓可以做到幾百伏，體積可以做到0603，那么電源內部一大坨一大坨的電容也可以小到不關心的程度了。

    然后，別說電腦電源做到手機充電器那么小，再小一半可能都能做出來，而且不熱

    工程師網友：ExplodingONC

    不管你愛不愛聽，原因就是散熱問題，因為高溫會使半導體的載流子濃度劇增，當少子的濃度不夠低的時候，器件就失效了。

    想要縮小體積，那就要提高器件工作效率，減少發熱。對于功率集成電路來說，材料和工藝的發展是關鍵，一是降低導通電阻和柵電容，二是提高器件能耐受的溫度。

    工程師網友：徐志遠

    半導體工藝因素。

    mos管的開啟關斷時間無法足夠短，降低了效率增加了散熱使散熱片體積無法降低。同時限制了開關頻率的提升。頻率無法升高。導致變壓器體積無法降低。

    安全間距以目前的技術條件不是問題。

    當然最大的問題還是成本。用最好的器件其實可以做很小，但是沒人買。

    工程師網友：司馬知也

    效率。主要是開關管、變壓器和續流二極管的功耗。

    工程師網友：沒飛過的天空

    這個問題有點意思，最近流行深夜發問呀。

    目前的開關電源電路里，輸入輸出濾波電路，磁元件和功率半導體的磁元件及其散熱器都是大體積的單件，優化其體積，提高頻率是比較劃算的一個方向，因此，我更看好頻率對功率密度的影響，而非散熱。散熱對應的是其導熱能力的解決方案，除此之外，設計結構工藝也在很大程度上決定其功率密度。

    個人感覺限制開關電源做小的是頻率。說散熱的可能是被近十年器件沒有在工業民用領域有重大成本和性能突破所局限。

    GaN時代已經到來，據我觀察，各大半導體廠商已經開始批量出貨和拼命發布新型號產品，說明一其技術完備，具備了產品性能要求和生產管控要求，二是該市場的激烈競爭，競爭對手的激烈積壓，整個功率半導體將重寫序章。如TI，英飛凌，ON等等，傳統大廠坐不住了，英飛凌出的叫CoolGaN，coolmos賣的多賺錢，為何自我革命?改革都是倒逼的，沒有虎視眈眈的對手，誰會跳出自己的舒適區。

    頻率大大提高，將會徹底改寫開關電源的路徑，二十年前的國內大功率的LLC(幾十k)終結了線性電源的歷史使命，體積一下縮減了多少倍，可以預見的在未來兩三年內，GaN的器件會走出適合自己的拓撲和頻率，尋找整個系統的最優性價比，屆時縮減至目前1/3完全可行，說不定價格更便宜，(不考慮通脹問題)。再加上GaN的生產成本會理論上低一些，批量出貨會達到傳統Si MOS的價格，甚至更低。未來將是電源的革新時代，個人感覺現在剛好處在開關電源史革新的前夜。

    說一波散熱，開關頻率提高到一定程度會很容易實現軟開關，更難的是目前現有的控制器問題不能全盤轉入高頻領域。在處理跳變時可能會略顯尷尬，不過TI也有相應的解決方案，如硬件環路控制器。散熱重點在兩塊，一個是提高導熱的能力，另一個就是提高效率降低損耗。不同行業的散熱要求不同，散熱又影響了成本，所以，熱確實是當下的限制性價比的因素，但是當性能足以顛覆認知時，價格總體會下降。

    工程師網友：小邪子

    等有了常溫超導體就可以實現你的目標了，現在嗎，變壓器損失的絕大部分能量都變成了熱量，高溫會使電阻增加，進一步降低效率增加發熱率!

    工程師網友：王稅超

    這是個經濟學問題，電腦生產商不是為了生產最 cool的產品，而是為了最大程度賺錢啊!，散熱問題其實主要有兩個方面：

    1，如何降低熱量產生，也就是是能效的問題，能效越高，產生的熱量也就越小。你真的感興趣，就可以搜一下相關文獻，看看現在主流的電源的效率能到多少?90%?95%?99%? 為了達到高能效的電源，需要多少成本呢?

    2，如何散熱。電學背景一定知道一個概念叫做“熱阻”，維基百科是這么解釋這個概念的：

    電子工程師熟悉歐姆定律，因此在處理有關熱阻的計算時，常會用類似電路的方式來處理熱阻的問題。熱通量用電流來表示，溫度差用電壓表示，熱源可以用定電流源表示，絕對熱阻可以用電阻表示，而熱容可以用電容表示。

    你可以看文獻，試著自己算算，到底什么影響了散熱。

    如果實在就想得到結論，那就是同樣的材質，體積越大越容易散熱，成本也就更低。

    工程師網友：匿名用戶

    開關電源主要有兩個部分，一部分是開關管，一部分是電感等儲能元件，這兩部分都是必不可少的。

    先說儲能元件。

    儲能元件能儲存的能量和儲能元件的體積是正相關的。儲能元件需要儲存的能量，與電源輸出功率正相關，與開關頻率負相關。

    再說開關管。

    開關管的體積和開關管功耗正相關。開關管功耗和開關頻率正相關。

    于是，開關頻率越低，儲能元件占用體積越大。開關頻率越高，開關管占用體積越大。不論怎么設計開關電源，總是要消耗很大體積。

    想減小體積，就要優化開關管或者儲能元件的性能。用功耗更小的開關管，或者用能量密度更高的儲能元件。

    工程師網友：李大仙

    太貴了，你看看軍用或者通信用的電源模塊，就有很小體積大電流的。

    工程師網友：張逸超

    個人覺得…做到這么小沒什么意義吧。除了更不方便，想不出來有什么好處，希望手機的這些工程師的心得對大家有所幫助。