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近年来，电源供应器经历了一场重大变革。环保议题促使许多一般消费性产品提出更严格的待机电力(standby power)与效率要求，进而导致开放式架构应用及多数充电器和电源转接器纷纷从线性式技术转向交换式电源供应(switch mode power supplies, SMPS)设计。对制造商而言，交换式控制器IC的更高整合能力大幅简化电源电路，加上成本较低的磁性组件，使得交换式电源供应器成为更容易设计且经济的选择。然而电源供应设计必须将可能发生的故障现象列入考虑，例如：马达驱动系统可能故障熄火使得马达汲取过多的电流，而在静态负载时也可能发生故障，导致系统过载或短路，因此电源供应器的设计应能承受任何过载情况，而不造成自身故障、过热或起火燃烧。一个设计良好的电源供应器不仅能控制过载功率以维持其可靠性，甚至还能将损害限制在其负载范围内。
交换式电源供应器是一种电结构复杂的主动式电子系统，其单独零件完全符合零件公差的规范。电源供应器必须在任何一种高低公差组合的规格范范内操作，这些公差可能在电路故障的状况下产生作用，而这些相反公差的综合效应可能造成庞大的过载电流。对电源供应设计人员而言，管理这些零件公差并不简单，然而交换式电源供应控制器设计的一项新发展却能让这个工作更容易，并且节省零件成本。
图1即为传统离线式、非连续导通模式 (DCM) 的返驰式转换器电路图。
此一转换器采用Power Integrations生产的TOPSwitch-GX控制组件[1]，包含1个700V功率MOSFET、振荡器和使用者可设定的限流值。当组件在正常操作状态下，振荡器会在每个周期开始时让功率MOSFET导通，等到电流升到限流值或回授信号设定的负载周期结束时，MOSFET才会停止导通 (PWM控制)。一旦PWM控制器让MOSFET停止导通，变压器线圈两端的电压就会反转，使得输出二极管变为顺向偏压，电流也会通过次级线圈重新对输出电容充电，同时提供电力给负载。
转换器提供给负载的功率是与开关频率、变压器初级线圈电感、以及峰值初级电流的平方成正比，因此在设计变压器时，必须确保当开关频率和峰值初级电流都在规格允许的最小值时，变压器仍有足够的电感来提供所需电力。然而变压器本身也有公差，例如许多变压器的实际电感值可能与额定值相差达±12%，这表示两个变压器所能提供的电力最多会相差24%。峰值电流变异所造成的影响更大，这是因为转换器所能提供的电力与峰值电流的平方成正比。我们可证明这3个参数的变异若达12%，那么原本用来提供10W电力的交换式电源供应在极端负载条件下将能产生29.2W电力。详细计算资料请参阅文献 [2]。
为了承受故障时可能出现的3倍过载需求，前述设计必须使用超出原设计规格的输出二极管、初级端箝位组件和变压器，但这会大幅增加其体积、重量和成本。相较之下，Power Integrations新开发的产品则能大幅改善这个情形。
Power Integrations在其新设计的交换式电源控制器里增加额外电路，并于组件出厂前的最后测试阶段进行调校，以便控制开关频率和最大电流平方乘积的最大值和最小值。这部份都列于组件数据表的一个新参数，称为功率系数 (I2f)，下图就是该参数可能造成的影响。
对于一颗不含I2f控制功能的PI组件，其开关频率和最大电流的变异情形如图2所示。
图2左下角是IP MIN平方与fSW MIN的乘积，代表零件公差让峰值初级电流和开关频率减为最小时，转换器所能提供的最大功率；右上角则是IP MAX平方与fSW MAX的乘积，代表零件公差让峰值初级电流和开关频率变为最大时，电源供应所能提供的最大过载功率。可以看出最大值和最小值之间相差达49%。
图3是针对含有I2f控制功能的组件所绘出的变异图。
根据TinySwitch-III组件规格表，其I2f参数的最小值比fSW和IP额定值 (目标值) 的乘积低1%，最大值则比该乘积高出1% [3]。
从图3可以发现，蓝线图与红线图的最大区别是它的左下角和右上角都不见了，这表示相较于采用不含I2f功能的组件 (红线)，具备I2f功能的组件 (蓝线) 会让变压器初级线圈的电感值减少9%，负载能够从电源取得的最大过载功率也会减少9%。这将为设计节省更多成本，因为它们只需使用规格较宽松的组件，就能承受最恶劣的过载现象。
仔细观察图3还可发现调校组件以满足I2f参数要求后，IP的公差似乎也变得较小。由于IP是一项平方因子，因此一旦将其变异减到最小，电源供应即可得到更靠近额定值的输出功率正常分布曲线。
参考文献2利用具有I2f控制功能的电源转换控制器设计出一个充电器，并且提供了该充电器的测试数据。这个控制器范例的零件都经过特别选择，确保其参数值都在公差范围的最大极限。参考文献2并以各种电压及负载测试此应用范例，结果显示其VI包络线无论任何情形下都会留在规格范围内。
功率系数带来的4项效益
总而言之，功率系数 (I2f) 提供电源供应设计人员4大好处:
●只需较小的初级线圈电感，就能在最恶劣条件下提供全功率输出
●减少负载在最恶劣条件下，能够从电源供应取得的过载电力
●控制两个参数的乘积会比控制个别变异值更有效
●严密控制输出VI曲线，确保量产时符合规格要求
Power Integrations现已在生产TopSwitch-GX时调校I2f参数，TinySwitch-II/III、PeakSwitch和LinkSwitch等产品也已在组件规格表列出I2f功率系数。
交换式电源供应器是一种电结构复杂的主动式电子系统，其单独零件完全符合零件公差的规范。电源供应器必须在任何一种高低公差组合的规格范范内操作，这些公差可能在电路故障的状况下产生作用，而这些相反公差的综合效应可能造成庞大的过载电流。对电源供应设计人员而言，管理这些零件公差并不简单，然而交换式电源供应控制器设计的一项新发展却能让这个工作更容易，并且节省零件成本。
图1即为传统离线式、非连续导通模式 (DCM) 的返驰式转换器电路图。
此一转换器采用Power Integrations生产的TOPSwitch-GX控制组件[1]，包含1个700V功率MOSFET、振荡器和使用者可设定的限流值。当组件在正常操作状态下，振荡器会在每个周期开始时让功率MOSFET导通，等到电流升到限流值或回授信号设定的负载周期结束时，MOSFET才会停止导通 (PWM控制)。一旦PWM控制器让MOSFET停止导通，变压器线圈两端的电压就会反转，使得输出二极管变为顺向偏压，电流也会通过次级线圈重新对输出电容充电，同时提供电力给负载。
转换器提供给负载的功率是与开关频率、变压器初级线圈电感、以及峰值初级电流的平方成正比，因此在设计变压器时，必须确保当开关频率和峰值初级电流都在规格允许的最小值时，变压器仍有足够的电感来提供所需电力。然而变压器本身也有公差，例如许多变压器的实际电感值可能与额定值相差达±12%，这表示两个变压器所能提供的电力最多会相差24%。峰值电流变异所造成的影响更大，这是因为转换器所能提供的电力与峰值电流的平方成正比。我们可证明这3个参数的变异若达12%，那么原本用来提供10W电力的交换式电源供应在极端负载条件下将能产生29.2W电力。详细计算资料请参阅文献 [2]。
为了承受故障时可能出现的3倍过载需求，前述设计必须使用超出原设计规格的输出二极管、初级端箝位组件和变压器，但这会大幅增加其体积、重量和成本。相较之下，Power Integrations新开发的产品则能大幅改善这个情形。
Power Integrations在其新设计的交换式电源控制器里增加额外电路，并于组件出厂前的最后测试阶段进行调校，以便控制开关频率和最大电流平方乘积的最大值和最小值。这部份都列于组件数据表的一个新参数，称为功率系数 (I2f)，下图就是该参数可能造成的影响。
对于一颗不含I2f控制功能的PI组件，其开关频率和最大电流的变异情形如图2所示。
图2左下角是IP MIN平方与fSW MIN的乘积，代表零件公差让峰值初级电流和开关频率减为最小时，转换器所能提供的最大功率；右上角则是IP MAX平方与fSW MAX的乘积，代表零件公差让峰值初级电流和开关频率变为最大时，电源供应所能提供的最大过载功率。可以看出最大值和最小值之间相差达49%。
图3是针对含有I2f控制功能的组件所绘出的变异图。
根据TinySwitch-III组件规格表，其I2f参数的最小值比fSW和IP额定值 (目标值) 的乘积低1%，最大值则比该乘积高出1% [3]。
从图3可以发现，蓝线图与红线图的最大区别是它的左下角和右上角都不见了，这表示相较于采用不含I2f功能的组件 (红线)，具备I2f功能的组件 (蓝线) 会让变压器初级线圈的电感值减少9%，负载能够从电源取得的最大过载功率也会减少9%。这将为设计节省更多成本，因为它们只需使用规格较宽松的组件，就能承受最恶劣的过载现象。
仔细观察图3还可发现调校组件以满足I2f参数要求后，IP的公差似乎也变得较小。由于IP是一项平方因子，因此一旦将其变异减到最小，电源供应即可得到更靠近额定值的输出功率正常分布曲线。
参考文献2利用具有I2f控制功能的电源转换控制器设计出一个充电器，并且提供了该充电器的测试数据。这个控制器范例的零件都经过特别选择，确保其参数值都在公差范围的最大极限。参考文献2并以各种电压及负载测试此应用范例，结果显示其VI包络线无论任何情形下都会留在规格范围内。
功率系数带来的4项效益
总而言之，功率系数 (I2f) 提供电源供应设计人员4大好处:
●只需较小的初级线圈电感，就能在最恶劣条件下提供全功率输出
●减少负载在最恶劣条件下，能够从电源供应取得的过载电力
●控制两个参数的乘积会比控制个别变异值更有效
●严密控制输出VI曲线，确保量产时符合规格要求
Power Integrations现已在生产TopSwitch-GX时调校I2f参数，TinySwitch-II/III、PeakSwitch和LinkSwitch等产品也已在组件规格表列出I2f功率系数。
