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电源适配器线性调整器的缺点

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电源适配器线性调整器的缺点

直到20世纪60年代初期,这种简单的直流耦合串联型线性调整器一直是数十亿美元产值的电源适配器工业的主要产品。但是,这种电源适配器电路有以下缺陷。
·这种电源适配器只能降压。
·5伏电源适配器的输出与输入之间有公共端,当输入和输出之间,或多路输出之间需要直流隔离时,电路的设计会变得非常复杂。
·其初始直流输入电压(即图1。1(a)中的V)一般由工频变压器次级整流获得,而工频变压器的体积和重量限制了它的推广应用。
·如1。2。3节所介绍的,这种电路的效率非常低,造成非常大的功率损耗,需要较大的散热片。

电源适配器串接晶体管的功率损耗
线性调整器的主要缺点是串接晶体管存在过大功耗。所有的负载电流都必须通过串接晶体管,其功耗为(V-V)l。大多数情况下,串接NPN型晶体管的最小压差(V。-V)为2。5V。假设整流滤波电容足够大,可忽略纹波。若直流输入电压由工频变压器次级整流获得,则次级匝数选择应保证交流网压最低时对应的次级整流电压为(V。+2。5),此时Q1的损耗最小。
然而,当交流网压最高时Q1的压差将大很多,串接晶体管损耗严重,电源适配器效率明显降低。由于25V最低压差的存在,在额定输出电压较低时造成的损耗显得更为严重。
以下15W电源适配器例子可以说明这一点。假设交流输入电压的波动范围为±15%,以下列3台线性调整器为例,
·输出5v/10A
·输出15V/10A
·输出30V/10A

假设次级滤波电容足够大,整流电压纹波可忽略。次级整流获得的直流电压V的波动范围与交流网压波动范围对应,均为±15%。若网压输入最低(-15%)时,变压器次级电压为(V+2。5),则网压输入最高(+15%)时,最大直流输入电压为1。35(V,+2。5)。调整器具体参数如下。

由上面的数据可知,电源适配器直流输出电压低时,调整器的效率比输出电压高时低很多。若不忽略输入网压纹波且容许网压波动±15%,则5V输出调整器的效率只有32%~35%。

线性调整器的效率与输出电压的关系
下面将分析效率在下列情况下的变化范围:电源适配器输出电压值从5V到100V,并且电网电压波动范围从±5%~±15%,考虑实际纹波。

假设电源适配器最小压差是2.5V,并保证在最小输入网压产生的输入纹波的谷值处仍有25V的压差,如图1。1(b)所示。据此,可计算出不同输入网压波动范围和不同输出电压下调整器的效率。
设输入电压为额定电压的±7%,则工频变压器次级匝数的选择应保证当输入网压最小时,纹波的谷值仍比预期的输出电压大2.5V(设最小压差为2.5V)。
令电压纹波的峰一峰值为V,。当网压输入最低时,输入到晶体管的直流电压(平均电压)为

当网压输入最高时,输入到晶体管的直流电压为

网压输入最高时,输入功率最大,最恶劣情况下的最大效率为

图所示为纹波电压峰一峰值为8V时,网压波动高限、输出电压和效率的关系曲线。以后会提到,对于60Hz全波整流器,若选取每1A负载电流对应滤波电容值为1000uF,则纹波电压峰一峰值为8V。

从图可见,即使电源适配器输出电压为10V,对于典型的±10%网压波动值,效率已低于50%。正是线性调整器的低效率和工频变压器笨重的缺陷促进了开关电源适配器的研制和开发。
当然,若能使初始直流电压得到±5%左右的预调整(后面介绍的大部分拓扑都满足这一点),而输出又需要进一步稳压,则应用线性调整器还是合理的。现在市场上有1。5A塑封集成线性调整器,价格约为50美分。也有3~5A价格稍贵金属封装的该类调整器,但内置串接晶体管的功耗很大,输出5A或以上时的功耗更加严重。

12w电源适配器线性调整器效率与输出电压的关系曲线(根据式1。2,式中滤波电容纹波电压峰峰值取8V)。可见,电源适配器若对交流输入V。最低(网压波动低限输入)时对应纹波谷值保证2。5V压差,则交流输入V最高时,效率最低。

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| 发布时间:2019.01.09    来源:电源适配器厂家
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