一文让你彻底了解电源适配器

一文让你彻底了解电源适配器

 

　　什么是电源适配器?

　　电源适配器(Power adapter)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。广泛配套于安防摄像头，机顶盒，路由器，灯条，按摩仪等设备中。

 

　　电源适配器又叫外置电源，是小型便携式电子设备及电子电器的供电电压变换设备，常见于手机、液晶显示器和笔记本电脑等小型电子产品上。

 

　　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(R1?R2)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300W?600W?800W等,相应的功率密度为6.2W/cm3?10W/cm3?17W/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UL?CCEE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变换器按电路的结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

　　目前市场上的电源适配器是利用电力电子技术，通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率，采用功率半导体器件作为开关，调整输出电压一种稳压电源适配器。

 

　　中国电源适配器发展第一阶段为1976年以前，是中国开关电源，电源适配器产业发展的初期萌芽阶段。各相关电源技术都不成熟，没有系统化，标准化。

 

　　外置电源在80年代之前主要还是以线性电源为主，线性电源最大缺点是体积和重量大于电源适配器，且效率低，但优点是工作稳定，电路简单，但特别笨重，粗糙，不方便携带。

 

　　所以在80年代中期日本的东芝率先把开关电源技术用于笔记本的外置电源，它的创举开创了世界上电源适配器发展历史上新的一页，也成为了世界第一个独立的笔记本电源适配器，因为利用开关电源技术的电源外置所以笔记本不需要再考虑到电源转换而产生的热量聚集在笔记本本身，且电源适配器便于携带，成而为它有效的提高了笔记本电脑的商业化和普及化，一直沿用到了今天。

 

　　自从东芝开启了笔记本电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机电源换代后笔记本厂商全面效仿，在90年代电源适配器已广泛应用在各种电子、电器设备，程控交换机、通讯、电力检测设备电源和控制设备电源之中。

 

　　电源适配器一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成，是目前稳压电源的代表性之一。

 

　　1989年中国标准化的电源生产企业已发展到171家，产品规格340多种，年产电源60多万台。

 

　　在这一阶段，随着电源产业的逐步快速发展，广大的电源科技工作者急需打破原来的封闭状态，了解外部世界。自70年代中期开始，电源科技人员自发组织技术交流，1978年召开了第一次全国电源技术交流研讨会，1983年成立了中国电源学会，1986年得到国家科委的批准。

 

　　就在90年代末欧洲关于电源转换效率和待机功耗提出一系列标准将电源适配器推向了一个无法跨越的高度。电源适配器高频化使其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使电源适配器更进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高技术产品的小型化、轻便化。另外电源适配器的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。