電源適配器的基本構(gòu)成及分類

電源適配器的基本構(gòu)成

電源適配器的基本構(gòu)成如圖所示。圖中，UI為市電整流濾波后的直流電壓，UO為轉(zhuǎn)換后的直流輸出電壓DC-DC轉(zhuǎn)換器用于功率轉(zhuǎn)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(hù)、噪聲濾波器等組成部分。

反饋回路檢測輸出電壓并與基準(zhǔn)電壓比較，通過誤差放大器放大，經(jīng)脈沖寬調(diào)制電路和驅(qū)動器控制半導(dǎo)體的通、斷時間比，從而調(diào)整輸出電壓或電流的大小。

圖1-1電源適配器的基本構(gòu)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(zhǔn)正弦波的諧振型變換器。

  對于串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源,輸出對輸入的瞬態(tài)響應(yīng)特性主要由調(diào)整管的頻率特性決定?但為準(zhǔn)正弦波的諧振型變換器對于開關(guān)型穩(wěn)壓電源,輸入的瞬態(tài)變化比較多地表現(xiàn)在輸出端?提高開關(guān)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(tài)響應(yīng)問題也能得到改善?負(fù)載變化瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端LC濾波器特性決定,所以可以利用提高開關(guān)頻率?降低輸出濾波器LC乘積的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)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(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化,且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化,并已得到用戶的認(rèn)可?但一次電源AC/DC,因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中,遇到了較為復(fù)雜的技術(shù)問題和工藝制造問題?以下分別對兩類電源適配器的結(jié)構(gòu)和特性加以闡述?

1．自激式
自激式電源適配器利用調(diào)整管、開關(guān)變壓器輔助繞組構(gòu)成正反饋環(huán)路，實(shí)現(xiàn)自激振蕩，穩(wěn)定電壓輸出。由于自激式電源適配器的調(diào)整管兼作振蕩管，因此無須專設(shè)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(fù)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(xiàn)間歇振蕩。
自激式電源適配器本身具有一定的自保護(hù)功能，一旦負(fù)載過重，必然破壞反饋條件而停止振蕩，從而保護(hù)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(wěn)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(diào)整管不參與激勵脈沖的振蕩過程，有專設(shè)的振蕩器產(chǎn)生脈沖控制調(diào)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(diào)的PWM脈沖。如今，許多集成控制器能根據(jù)輸出功率的輕重自動升降開關(guān)頻率，以便在不同負(fù)載狀況下，均能保持優(yōu)良的電源轉(zhuǎn)換效率。
由于集成控制器把保護(hù)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(qiáng)大，能夠完成振蕩、穩(wěn)壓、過流、過壓和欠壓等保護(hù)功能，是分立式電源適配器所無法比擬的，因此近年來應(yīng)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(diào)制方式T不變,改變頻率調(diào)制方式t(通用);二是頻率調(diào)制方式t不變而改變T(易產(chǎn)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(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC變換器發(fā)生了質(zhì)的飛躍?美國VICOR電源適配器公司設(shè)計(jì)入出相反,電容傳輸制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器,其較大輸出功率有300W?600W?800W等,相應(yīng)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(guān)技術(shù)的高頻電源適配器模塊RM系列,其開關(guān)頻率為200~300kHz,功率密度已達(dá)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(fù)載的變換稱為“整流”,功率電流由負(fù)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(jīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的元件,這樣就限制了AC/DC電源的體積進(jìn)一步小型化?另外,由于內(nèi)部的高頻?高壓?大電流開關(guān)動作,使得解決EMC電磁兼容問題的難度加大,也就對內(nèi)部高密度安裝電路的設(shè)計(jì)提出了很高的要求?由于同樣的原因,高電壓?大電流開關(guān)使得電源工作損耗增大,限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程?因此,必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度

  AC/DC變換器按電路的結(jié)線方式可分為半波電路和全波電路;按電路的控制特點(diǎn)可分為不可控?半控和全控三類;按電源相數(shù)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(jié)構(gòu)

  開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)有多種:

  ①按驅(qū)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(diào)制(PWM)式?脈沖頻率調(diào)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(gòu)成多種方式的開關(guān)型穩(wěn)壓電源?因此,設(shè)計(jì)者需根據(jù)各種方式的特征進(jìn)行有效地組合,制作出滿足需要的高質(zhì)量開關(guān)型穩(wěn)壓電源?