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电源适配器特点

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电源适配器特点

电源适配器效率高,电路具有完善的保护措施(涵盖过流.过压.过温),电源内置有过短路保护,负载短路或负载过重时,产品会自动保护。是一种超强可靠性电源。

重量轻,携带方便,取代传统的变压器。电源产品分为户内使用及户外使用两大类产品,户外使用的产品采用密闭灌封,防水防潮,适合于各种环境;安装方便,可悬挂或平放于支撑物体上;户内使用的产品机构没有防水功能,只适合安装在室内。

    传统的耗能式线性稳压式电源适配器,实际上是通过串联或并联于负载电路中的耗能元器件,以改变其能耗大小稳定负载的电压。当负载电压升高时,耗能电路等效电阻增大,使负载上电压降低;相反,当负载电压降低时则减小电阻耗能,提高负载电压。因为在稳压范围内,耗能电路工作在线性区,其压降在此范围内正比于输入电压的升高,反比于负载电流的增大或减小,所以又称为线性稳压电源适配器,或者相对于目前的数字电路,也可称其为模拟稳压电源适配器;

开关电源与适配器都是开关电源,都由高频开关管及其控制电路组成。而适配器电源则是一种稳压开关电源,开关电源充电器则带有浮充功能,电压是随电流的变小而变大,到后是只有电压而没电流。

    耗能式稳压电源适配器的耗能是必须的、不可避免的,因为其稳压过程是通过耗能大小实现的,正因为如此,这种稳压器稳压范围越宽,输入/输出压差越大,耗能也就越大,这是显而易见的。220V市电整流后输出300V的直流电,想经此类稳压器输出稳定的5V、12V低压直流电是不可能的事。耗能型低压输出稳压器必须与工频变压器配套使用,造成稳压器体积、重量增大,同时还增加了额外损耗(变压器的铜损和铁损)。

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。

    开关稳压器的出现,彻底改变了稳压器的稳压概念。顾名思义,开关稳压器是通过开关动作,使连续的直流电变成间断供电的脉冲,再通过储能滤波元件,将不连续的脉冲变成连续的直流电。开关稳压器使用输出级,重复切换“开”和“关”状态,与能量存贮部件(电容器和感应器)一起产生输出电压。它的调整是通过根据输出电压的反馈样本来调整切换定时来实现的。只要控制开/关的时间比即可改变输出电压,再通过输出电压的变化控制开/关动作时间,即可使输出电压稳定。很明显,如果此过程中开/关具有理想特性,应该没有损耗,开关时间比的变化范围可以很大。因此,开关稳压器直接将300V直流电稳压输出5V也是可能的,省去了工频变压器,这是电源适配器的最大优点之一。目前的电源适配器最高效率已达到95%,功率体积比达到3.2W/cms,与同输出功率的耗能式稳压器比较,有色金属材料的耗用量降低90%以上。目前电源适配器种类极多,性能差距极大,但各有优势和专用领域,所以很难在具体数据上与耗能稳压器进行比较。本书将在每种特殊用途的电源适配器中介绍其特点与应用领域,1,2电源适配器存在问题及目前解决方案

    前几年出版的有关电源适配器的书刊,在提到电源适配器时总要列出一系列相对于耗能式稳压器所特有的缺点。但随着电源适配器技术的迅速发展,这些缺点不断被融人的新技术、新器件所改进。

 

开关频率的提高

    在电源适配器中,提高开关频率可以更有利于发挥优势,更有效抑制纹波。但是,直到20世纪80年代,电源适配器的工作频率大都未超过40kHz,一般为15—25kHz。提高电源适配器频率,首先遇到的难题是受到开关管开关速度的限制。用双极型开关管的电源适配器,其

 

PN结在正向导通时,载流子不断向对方区域扩散,使对方区域载流子有相当数量的存储。当加入反向电压时,开关管存储的电荷在继续扩散的同时,空穴与电子复合,在存储电荷消失之前开关管不会截止。存储时间结束,靠近PN结附近的多余载流子中有少数已消失,开关管电流开始减小。当开关管截止时,发射结和集电结均为反向偏置,三极管基区无自由电子,集电极电流为零。如果使发射结正偏电压达到0.7V以上时,正偏电压首先给发射结电容充电,逐渐抵消PN结内电场,才开始向基区发射电子。因此,整个过程使三极管导通有一延迟时间,电子发射到基区以后,在基区路程长度内,一面向集电区扩散,一面与空穴复合而消失。此过程中,在基区存储一定数量的电子,最后达到对应所需集电极电流的密度,才使开关管导通。该过程占用的时间称为脉冲上升时间。另外,双极型三极管还有脉冲下降时间。由此可见,双极型三极管构成的开关并非理想,上升时间、存储效应都形成开关损耗。工作频率越高,上升时间和存储时间与其周期相比越接近,损耗也就越大,甚至来不及在下一个周期到来之前关断,造成连续导通而损坏开关管。尽管目前开关管制造工艺使基区做得较薄,降低了此类损耗,但双极型三极管开关频率仍难以突破40kH。。

    目前,此问题由于肖特基二极管、场效应开关管的开发而得到解决。肖特基二极管利用金属与半导体接触的能量势垒形成整流效应,其正向特性优于PN结二极管。它具有较小的正向压降,即使用于最大整流电流时,正向压降也仅在o.3一o.5V以内。而普通二极管均在0.7—1V之间。此外,肖特基二极管通过多数载流子导电,无存储效应,其反向恢复时间比普通二极管快两个数量级,比快恢复二极管还快一个数量级。

    场效应开关管则为电压控制器件,不含有少数载流子,也就不会有少数载流子形成的存储时间,其关断时间可小到几十ns,比双极型三极管小10倍以上。目前采用肖特基二极管作脉冲整流,场效应管作开关器件的一般民用电源适配器,其工作频率均在200kHz以匕。而美国的军用电源适配器模块,已使开关频率达到4MHz以上。开关频率的提高,首先使电源适配器的体积和质量大幅减小。工作频率为4.4MHz的模块化电源适配器,输出功率160W,体积只有1lem~5emXlcm,质量不足150g。此外,开关频率的提高还为纹波输出的降低提供了有利条件,高频率纹波可以通过更简单的滤波器获得较小的纹波。

 


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| 发布时间:2019.09.03    来源:电源适配器厂家
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