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电源适配器原理

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电源适配器原理

      电源适配器利用电子开关器件(如晶体管、场效应管、晶闸管等),通过控制电路,使电子开关器件不停地“导通”和“关断”,让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制,从而实现DC/AC、DC/DC电压变换,以及输出电压可调和自动稳压。
电源适配器一般有3种工作模式:频率、脉冲宽度固定模式,频率固定、脉冲宽度可变模式,频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源或DC/DC电压变换;后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外,电源适配器输出电压也有3种工作方式:直接输出电压方式、平均值输出电压方式和幅值输出电压方式。同样,前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源或DC/DC电压变换;后两种工作方式多用于开关稳压电源。
根据开关器件在电路中连接的方式,目前比较广泛使用的电源适配器,大体上可分为串联式电源适配器、并联式电源适配器、变压器式电源适配器等3大类。其中,变压器式电源适配器(后面简称变压器电源适配器)还可以进一步分成推挽式、半桥式、全桥式等多种;根据变压器的激励和输出电压的相位,又可以分成正激式、反激式、单激式和双激式等多种。如果从用途上来分,还可以分成更多种类。
电源适配器可分为AC/DC和DC/DC两大类,DC/DC变换器现已实现模块化,并且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化;AC/DC的模块化,因其自身的特性使得在模块化的进程中,遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。

DC/DC变换
DC/DC变换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。斩波器的工作方式有两种:一是脉宽调制方式Ts不变,改变ton(通用);二是频率调制方式,ton不变,改变Ts(易产生干扰)。其具体的电路由以下4类。
(1)Buck电路——降压斩波器,其输出平均电压UO小于输入电压Ui,极性相同。
(2)Boost电路——升压斩波器,其输出平均电压UO大于输入电压Ui,极性相同。
(3)Buck-Boost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Ui,极性相反,电感传输。
(4)CUK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Ui,极性相反,电容传输。
当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃,美国VICOR公司设计制造的多种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NemicLambda公司推出了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(MOSFET代替肖特基二极管),使整个电路效率提高到90%。

巴西认证电源适配器AC/DC变换
AC/DC变换将交流变换为直流,其功率流向可以是双向的,功率流由电源流向负载的称为“整流”,功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50Hz的交流电,由于必须经整流、滤波,因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的,同时因遇到安全标准(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA),交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件,这样就限制了AC/DC了电源体积的小型化。另外,由于内部的高频、高压、大电流开关动作,使得解决EMC电磁兼容问题难度加大,也就对内部高密度安装电路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变换按电路的接线方式可分为半波电路和全波电路。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。
电源适配器主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、逆变器、输出整流滤波器、控制电路和保护电路。它们的功能如下。
(1)输入电网滤波器:消除来自电网(如电动机的启动、电器的开关、雷击等)产生的干扰,同时也防止电源适配器产生的高频噪声向电网扩散。
(2)输入整流滤波器:将电网输入电压进行整流滤波,为变换器提供直流电压。
(3)逆变器:电源适配器的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电压,并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。
(4)输出整流滤波器:将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压,同时还防止高频噪声对负载的干扰。
(5)控制电路:检测输出直流电压,并将其与基准电压比较,进行放大,调制振荡器的脉冲宽度,从而控制变换器以保持输出电压的稳定。
(6)保护电路:当电源适配器发生过电压、过电流短路时,保护电路使电源适配器停止工作以保护负载和电源本身。

电源适配器的作用是将交流电先整流成直流电,再将直流电逆变成交流电,最后整流输出所需要的直流电压。这样电源适配器省去了线性电源中的变压器及电压反馈电路。而电源适配器中的逆变电路完全采用数字调整,同样能达到非常高的调整精度。电源适配器原理图如图所示。


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| 发布时间:2019.05.09    来源:
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