電源適配器的基本構成及分類

電源適配器的基本構成

電源適配器的基本構成如圖所示。圖中，UI為市電整流濾波后的直流電壓，UO為轉換后的直流輸出電壓DC-DC轉換器用于功率轉換，是電源適配器的核心部分，此外還有啟動、過流和（或）過壓保護、噪聲濾波器等組成部分。

反饋回路檢測輸出電壓并與基準電壓比較，通過誤差放大器放大，經脈沖寬調制電路和驅動器控制半導體的通、斷時間比，從而調整輸出電壓或電流的大小。

圖1-1電源適配器的基本構成

  DC/DC變換器有多種電路形式,常用的有工作波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準正弦波的諧振型變換器。

  對于串聯線性穩壓電源,輸出對輸入的瞬態響應特性主要由調整管的頻率特性決定?但為準正弦波的諧振型變換器對于開關型穩壓電源,輸入的瞬態變化比較多地表現在輸出端?提高開關頻率的同時,由于反饋放大器的頻率特性得到改善,電源適配器的瞬態響應問題也能得到改善?負載變化瞬態響應主要由輸出端LC濾波器特性決定,所以可以利用提高開關頻率?降低輸出濾波器LC乘積的方法來改善瞬態響應特性?

電源適配器的分類

電源適配器可分為AC/DC和DC/DC兩大類?作為二次電源的DC/DC變換器現已實現模塊化,且設計技術及生產工藝在國內外均已成熟和標準化,并已得到用戶的認可?但一次電源AC/DC,因其自身的特性使得在模塊化的進程中,遇到了較為復雜的技術問題和工藝制造問題?以下分別對兩類電源適配器的結構和特性加以闡述?

1．自激式
自激式電源適配器利用調整管、開關變壓器輔助繞組構成正反饋環路，實現自激振蕩，穩定電壓輸出。由于自激式電源適配器的調整管兼作振蕩管，因此無須專設振蕩器。其脈沖信號是自激振蕩形成的，是一種非固定頻率的脈沖信號，隨輸入電壓和負載變化而變化。在輕載時頻率較高，在重載時頻率較低，而在空載時會出現間歇振蕩。
自激式電源適配器本身具有一定的自保護功能，一旦負載過重，必然破壞反饋條件而停止振蕩，從而保護了電源適配器。由于其電流峰值高、紋波電流大，特別是在高功率、大電流工作時穩定性差，因此多用于60W以下的小功率場合。

2．他激式
他激式電源適配器電路的調整管不參與激勵脈沖的振蕩過程，有專設的振蕩器產生脈沖控制調整管。例如，常用的集成電路UC3842、NCP1200、TL494等集成控制器能輸出占空比可調的PWM脈沖。如今，許多集成控制器能根據輸出功率的輕重自動升降開關頻率，以便在不同負載狀況下，均能保持優良的電源轉換效率。
由于集成控制器把保護電路、控制電路、振蕩電路和反饋信號檢測電路集成于同一芯片上，使其抗干擾性能好，電路簡潔、功能強大，能夠完成振蕩、穩壓、過流、過壓和欠壓等保護功能，是分立式電源適配器所無法比擬的，因此近年來應用越來越廣泛。
 

3.DC/DC類電源適配器

DC/DC類電源適配器是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓,也稱為直流斬波器?斬L.DCDC類電源適配器波器的工作方式有兩種:一是脈寬調制方式T不變,改變頻率調制方式t(通用);二是頻率調制方式t不變而改變T(易產生干擾)?其具體的電路有以下幾類

①Buck電路—降壓斬波器,其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓UD,極性入出相同;

②Boost電路—升壓斬波器,其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓UD,極性入出相同;

③Buck- Boost電路下降壓或升壓斬波器,其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓

④Cuk電路—降壓或升壓斬波器,其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓UD,極性極性入出相反,電感傳輸。

  當今軟開關技術使得DC/DC變換器發生了質的飛躍?美國VICOR電源適配器公司設計入出相反,電容傳輸制造的多種ECI軟開關DC/DC變換器,其較大輸出功率有300W?600W?800W等,相應的功率密度為6.2W/cm3?10W/cm3?17W/cm3,效率為80%~90%?日本Nemic Lambda公司較新推出的一種采用軟開關技術的高頻電源適配器模塊RM系列,其開關頻率為200~300kHz,功率密度已達到27W/cm3,采用同步整流器( mos-fet代替肖特基二極管),使整個電路效率提高到90%

4.電源適配器AC/DC變換器

  AC/DC變換器是將交流變換為直流,其功率電流流向可以是雙向的?功率電流流向負載的變換稱為“整流”,功率電流由負載傳輸回電源的稱為“有源逆變”?AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電,必須經整流?濾波,相對來說體積較大的濾波電解電容器是必不可少的?同時,因遇到安全問題,如UL?CCEE等標準及EMC指令的限制(如IEC?FCC?CSA),交流輸入則必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件,這樣就限制了AC/DC電源的體積進一步小型化?另外,由于內部的高頻?高壓?大電流開關動作,使得解決EMC電磁兼容問題的難度加大,也就對內部高密度安裝電路的設計提出了很高的要求?由于同樣的原因,高電壓?大電流開關使得電源工作損耗增大,限制了AC/DC變換器模塊化的進程?因此,必須采用電源系統優化設計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度

  AC/DC變換器按電路的結線方式可分為半波電路和全波電路;按電路的控制特點可分為不可控?半控和全控三類;按電源相數可分為單相?三相和多相;按電路工作象限又可分為一象限?二象限?三象限和四象限

5.電源適配器電路結構

  開關型穩壓電源的電路結構有多種:

  ①按驅動方式分,有自勵式和他勵式

  ②按DC/DC變換器的工作方式分,有單端正勵式和反勵式?推挽式?半橋式?全橋式?降壓式?升壓式和升降壓式等;

  ③按電路組成分,有諧振型和非諧振型

  ④按控制方式分,有脈沖寬度調制(PWM)式?脈沖頻率調制(PFM)式和PWM與PFM混合式

  ⑤按電源是否隔離和反饋控制信號耦合方式分,有隔離式?非隔離式和變壓器耦合式?光電耦合式等?

  以上這些方式的組合可構成多種方式的開關型穩壓電源?因此,設計者需根據各種方式的特征進行有效地組合,制作出滿足需要的高質量開關型穩壓電源?