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安拓森带您彻底了解电源适配器

发布时间:2018-12-24

电源适配器(Power adapter)又叫外置电源,是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备,一般由外壳、变压器、电感、电容、控制IC、PCB板等元器件组成,它的工作原理由交流输入转换为直流输出;按连接方式可分为插墙式和桌面式。广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器,电子冰箱,液晶显示器,LED灯具,通讯设备,视听产品,安防,电脑机箱,数码产品和仪器类等领域。

电源适配器

电源适配器的结构组成

其中DC/DC变换器用以进行功率转换,它是电源适配器的核心部分,此外还有启动、过流与过压保护、噪声滤波等电路输出采样电路(R1R2)检测输出电压变化,并与基准电压U,比较误差电压经过放大及脉宽调制(PWM)电路,再经过驱动电路控制功率器件的占空比,从而达到调整输出电压大小的目的。

DC/DC变换器有多种电路形式,常用的有工作波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振型变换器。

对于串联线性稳压电源,输出对输入的瞬态响应特性主要由调整管的频率特性决定。但为准正弦波的谐振型变换器对于开关型稳压电源,输入的瞬态变化比较多地表现在输出端。提高开关频率的同时,由于反馈放大器的频率特性得到改善,电源适配器的瞬态响应问题也能得到改善。负载变化瞬态响应主要由输出端LC滤波器特性决定,所以可以利用提高开关频率降低输出滤波器LC乘积的方法来改善瞬态响应特性。

电源适配器的主要分类

电源适配器可分为AC/DC和DC/DC两大类作为二次电源的DC/DC变换器现已实现模块化,且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化,并已得到用户的认可但一次电源AC/DC,因其自身的特性使得在模块化的进程中,遇到了较为复杂的技术问题和工艺制造问题以下分别对两类电源适配器的结构和特性加以阐述

DC/DC类电源适配器

DC/DC类电源适配器是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波器斩L.DCDC类电源适配器波器的工作方式有两种:一是脉宽调制方式T不变,改变频率调制方式t(通用);二是频率调制方式t不变而改变T(易产生干扰)其具体的电路有以下几类

①Buck电路—降压斩波器,其输出平均电压Uo小于输入电压UD,极性入出相同;

②Boost电路—升压斩波器,其输出平均电压Uo大于输入电压UD,极性入出相同;

③Buck- Boost电路下降压或升压斩波器,其输出平均电压Uo大于或小于输入电压;

④Cuk电路—降压或升压斩波器,其输出平均电压Uo大于或小于输入电压UD,极性极性入出相反,电感传输。

当今软开关技术使得DC/DC变换器发生了质的飞跃美国VICOR电源适配器公司设计入出相反,电容传输制造的多种ECI软开关DC/DC变换器,其最大输出功率有300W600W800W等,相应的功率密度为6.2W/cm310W/cm317W/cm3,效率为80%~90%日本Nemic Lambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频电源适配器模块RM系列,其开关频率为200~300kHz,功率密度已达到27W/cm3,采用同步整流器( mos-fet代替肖特基二极管),使整个电路效率提高到90%

电源适配器AC/DC变换器

AC/DC变换器是将交流变换为直流,其功率电流流向可以是双向的。功率电流流向负载的变换称为“整流”,功率电流由负载传输回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电,必须经整流滤波,相对来说体积较大的滤波电解电容器是必不可少的。同时,因遇到安全问题,如ULCCEE等标准及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA),交流输入则必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件,这样就限制了AC/DC电源的体积进一步小型化。另外,由于内部的高频高压大电流开关动作,使得解决EMC电磁兼容问题的难度加大,也就对内部高密度安装电路的设计提出了很高的要求由于同样的原因,高电压。大电流开关使得电源工作损耗增大,限制了AC/DC变换器模块化的进程。因此,必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。

AC/DC变换器按电路的接线方式可分为半波电路和全波电路;按电路的控制特点可分为不可控、半控和全控三类;按电源相数可分为单相三相和多相;按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限和四象限。

电源适配器的优点

1、体积小、重量轻。开关电源适配器没有采用笨重的工频变压器。由于开关MOS管上的耗散功率大幅度降低后,又省去了较大的散热片。由于这两方面原因,所以开关电源适配器的体积小,重量轻。

2、功耗小、效率高。开关电源适配器电路中,开关MOS管在激励信号的激励下,它交替地工作在导通—截止和截止—导通的开关状态,转换速度很快,频率一般为50kHz以上,在一些先进的开关电源线路中,可以做到几百或者近兆Hz。这使得开关MOS管的功耗很小,电源的效率可以大幅度地提高,其效率可达到90%。

3、滤波的效率大为提高,使滤波电容的容量和体积大为减少。开关电源适配器的工作频率目前基本上是工作在50kHz以上,是线性稳压电源适配器的1000倍以上,这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍;即使采用半波整流后加电容滤波,效率也提高了500倍。在相同的纹波输出电压下,采用开关电源时,滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/500~1/1000。

4、稳压范围宽。开关电源适配器的输出电压是由激励信号的占空比来调节的,输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。这样,在工频电网电压变化较大时,它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源适配器的稳压范围很宽,稳压效果很好。此外,改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点,而且实现稳压的方法也较多,设计人员可以根据实际应用的要求,灵活地选用各种类型的开关电源集成电路芯片方案。

电源适配器的发展趋势

绿色化。绿色节能是未来定制电源产品的发展重点。国内对于环保的严格要求将使多种智能开关电源技术得到广泛应用,使电源供给结构由集中式向分布式发展。

小型化。小型的高频开关电源及其技术成为现代供电系统的主流。电源的小型化、减轻重量对通信电源产品尤为重要。因此,提高开关电源的功率密度和电源转换效率,使之小型化、轻量化、是人们不断努力追求的目标。高频化、软开关技术作为电源小型化的主要技术手段之一,近年来是国际电力电子界研究的热点之一。

数字化。数字化电源将开关电源的高效与数字芯片的智能控制相结合,并运用适当算法对电压、电流进行调整。数字电源与模拟电源相比,对电流检测误差可以进行精确的数字校正,电压检测更精确;可以实现快速,灵活的控制设计。

集成化。为了提高系统的可靠性,整机厂家与元器件厂家合作开发“用户专用”功率模块成为一种趋势。也就是将一台整机的几乎所有硬件都已芯片的形式安装到一个模块中,使大量元器件之间不再有传统的引线相连,把寄生参数降到最小,从而把电源元器件和功率器件承受的电应力降至最低,达到提高系统设备可靠性的目的。

此外,目前市面上不同品牌的适配器彼此之间不能通用,产品兼容性不高,存在着大量资源被浪费的情况,在未来统一标准,走向标准话生产,也是未来的发展方向之一。

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