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以下介紹幾種工程師用來提升AC/DC轉(zhuǎn)換效率方法，這些方法包含了采用氮化鎵（GaN的AC / DC電源的新選擇。 

在幾乎所有的工頻供電用電設(shè)備中，首先要做的就是AC/DC轉(zhuǎn)換。電氣工程師們熟悉這個(gè)普遍且看似簡單的任務(wù)，在許多情況下，經(jīng)典的全橋整流電路就足夠了。然而，在許多高功率環(huán)境中，例如數(shù)據(jù)中心，經(jīng)典的全波整流電路在功率效率方面根本無法提升效率。

經(jīng)典的全波整流電路  

弗吉尼亞州博伊頓的Microsoft數(shù)據(jù)中心 

數(shù)據(jù)中心空前的繁榮意味著當(dāng)前的效率將不再足夠。在本文中，我們將討論工程師用來提高AC/ DC電源轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)，并重點(diǎn)介紹BelPower Solutions和Transphorm最近為提高使用GaNFET的數(shù)據(jù)中心的電源效率所做的努力。  

功率因數(shù)校正 

傳統(tǒng)AC / DC轉(zhuǎn)換效率低下的主要原因之一是功率因數(shù)。

功率因數(shù)是可輸出功率（以kW為單位）與總功率（以kVA為單位）之間的比率。從本質(zhì)上講，該圖描述了電路的多少功率被轉(zhuǎn)換為有用的功。在理想電路中，功率因數(shù)等于1。  

左圖顯示了功率因數(shù)為1的電路。右圖顯示了功率因數(shù)小于1的電路。圖片由東芝提供（PDF） 

但是，在電氣工程的非理想世界中，功率因數(shù)通常要小得多。這通常是電路負(fù)載端電壓和電流之間存在明顯相位差的結(jié)果。 

解決該問題的方法稱為功率因數(shù)校正（PFC）（PDF），可以采用多種形式。  

PFC電路 

在常規(guī)的橋式整流器中，濾波電容器在電流和電壓之間會(huì)引起相移，其中電流超前于電壓。為了解決這個(gè)問題，工程師將在電路中插入一個(gè)具有與電容器相反相位影響的電感器，以將功率因數(shù)恢復(fù)為1。  

有源升壓PFC整流器電路的示例。圖片由Lazar Rozenblat提供 

但是，這并不是一個(gè)完美的解決方案，因?yàn)槠渌β蕮p耗源會(huì)限制效率。例如，根據(jù)德州儀器的說法，在寬市電應(yīng)用的低壓線路上，輸入電橋可以消耗大約2％的輸入功率。 

圖騰柱無橋PFC 

為了進(jìn)一步提高AC / DC轉(zhuǎn)換的電源效率，工程師經(jīng)常轉(zhuǎn)向“圖騰柱無橋”電路結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)用一系列高頻MOSFET開關(guān)代替了電橋，并對(duì)其進(jìn)行了控制，使其具有整流器的作用。在某些情況下，該電路甚至可以設(shè)置為升壓轉(zhuǎn)換器。

這樣，傳導(dǎo)損耗大大降低。  

具有SiC晶體管的PFC無橋整流器。圖片由德州儀器（TI）提供 

但是，該電路的問題在于，當(dāng)AC輸入從正半部分變?yōu)樨?fù)半部分時(shí)，相應(yīng)FET的占空比也必須從0-100％改變（反之亦然）。由于FET的體二極管，硅MOSFET的反向恢復(fù)很慢，因此不能使用。  

GaN供電的AC / DC電源

近日，Bel Power Solutions宣布可以使用Transphorm的GaN FET解決此問題。 

將無橋圖騰極整流PFC電路與氮化鎵（GaN）場(chǎng)效應(yīng)晶體管相結(jié)合是一種有效的解決方案。其結(jié)果是業(yè)界首款A(yù)C / DC電源達(dá)到了鈦金功率效率等級(jí)-這可能的最高效率等級(jí)。據(jù)稱，這種新型轉(zhuǎn)換器在高電壓下的主輸出為12 VDC，效率高達(dá)96％。 

隨著數(shù)據(jù)中心的不斷擴(kuò)展，這一消息尤為重要。隨著新的AC/ DC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)如此高的效率，未來的數(shù)據(jù)中心似乎將能夠采用類似的技術(shù)來節(jié)省服務(wù)器功耗，這似乎是有希望的。