電源適配器功率電路的設(shè)計

本文電源適配器廠家玖琪實業(yè)重點闡述電源適配器主電路的設(shè)計方法?首先從技術(shù)指標(biāo)的分析入手然后按照工程設(shè)計中習(xí)慣的步驟闡述正激?半橋?全橋和反激電路的設(shè)計方法包括變壓器?濾波器和開關(guān)元件的設(shè)計原則和設(shè)計公式?較后對主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計和熱設(shè)計進行了探討?

韓規(guī)電源適配器的主要技術(shù)指標(biāo)及分析

電源適配器的設(shè)計應(yīng)從深入分析待設(shè)計的電源的技術(shù)指標(biāo)開始?電源適配器技術(shù)指標(biāo)指出了該電源的實際使用要求,設(shè)計工作應(yīng)以滿足技術(shù)指標(biāo)的要求為目的?

本節(jié)分析電源適配器的各項主要技術(shù)指標(biāo)的含義及其同設(shè)計的關(guān)系?

大功率電源適配器輸入?yún)?shù)

輸入人參數(shù)包括輸入電壓?交流或直流?湘相數(shù)?頻率?輸入電流功率因數(shù)諧渡含量等?

(1) 輸入電壓國內(nèi)應(yīng)用的民用交流電源電壓三相為380V,單相為220V;出口到國外的電源需要參照出口國電壓標(biāo)準(zhǔn)?目前便攜式設(shè)備的電源適配器流行采用國際通用電壓范圍,即單相交流85-265V,這一范圍覆蓋了全球各種民用電源標(biāo)準(zhǔn)所限定的電壓,但對電源的設(shè)計提出了較高的要求?

輸入電壓為直流時情況較復(fù)雜,從24~600V都有可能?輸入電壓的指標(biāo)通常包含額定值和變化圍兩方面內(nèi)容?輸人電壓范圍的下限影響變壓器設(shè)計時電壓比的計算,而上限決定了主電路元件的電壓入電壓變化范圍過寬使設(shè)計中必須留過大裕量而造成浪費,因此變化范圍應(yīng)在滿足實際要求的前提下盡量小?

(2)輸入頻率我國民用和工業(yè)用電的頻率為50Hz,航空?航天及船舶用的電源經(jīng)常采用交流400Hz輸入,這時的輸入電壓通常為單相或三相115V?中頻電壓整流后的脈動頻率遠高于工頻,因此整流電路所連接的濾波電容可以減小很多?

 (3)輸入相數(shù)三相輸入的情況下,整流后直流電壓是單相輸入時的約1.1倍,當(dāng)電源適配器的功率小于3-5kW時,可以選單相輸入,以降低主電路器件的電壓等級,從而可以降低成本;當(dāng)功率大于5kW時應(yīng)選三相輸入,以避免引起電網(wǎng)三相間的不平衡,同時也可以減小主電路中的電流以降低損耗?

(4)輸入電流輸入電流指標(biāo)通常包含額定輸入電流和較大電流兩項,是輸入開關(guān)?接線端子?熔斷器和整流橋等元器件的設(shè)計依據(jù)?

(5)輸入功率因數(shù)和諧波目前,對保護電網(wǎng)環(huán)境?降低諧波污染的要求越來越迫切,許多國家和地區(qū)都已出臺相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)(IEC61000.3系列),對用電裝置的輸入諧波電流和功率因數(shù)做出較嚴(yán)格的規(guī)定,因此電源適配器的輸入諧波電流和功率因數(shù)成為重要指標(biāo),也是設(shè)計中的一個重點?但降低諧波電流和提高功率因數(shù)往往需要付出電路復(fù)雜程度增加?成本上升?可靠性下降的代價,因此應(yīng)根據(jù)實際需要和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定指標(biāo)?目前,單相有源功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)已經(jīng)基本成熟,附加的成本也較低,可以很容易地使輸入功率因數(shù)達到0.99以上,輸入總諧波電流小于5%?三相PFC技術(shù)尚不盡人意,如果功率因數(shù)要求很高,如高于0.99,則需要采用復(fù)雜的6開關(guān)PWM整流電路,而且其成本很可能會高于后級DCDC變換器的成本;如果不能允許成本增加很多則只能采用單開關(guān)三相PFC技術(shù),其功率因數(shù)通常只能達到0.95左右,而且具體電路還存在很多問題,或采用無源PFC技術(shù),通常其功率因數(shù)只能達到09左右?這是制定指標(biāo)時必須考慮的?

輸出參數(shù)

輸出參數(shù)包括輸出功率?輸出電壓?輸出電流?紋波?穩(wěn)壓精度?穩(wěn)流精度?效率?輸出特性等?

(1) 輸出電壓通常給出額定值和調(diào)節(jié)范圍兩項內(nèi)容?輸出電壓上限關(guān)系到變壓器設(shè)計中電壓比的計算,過高的上限要求過大的設(shè)計裕量和額定特性變差,因此在滿足實際要求的前提下,上限應(yīng)盡量靠近額定點?相比之下,下限的限制較寬松?

(2) 輸出電流通常給出額定值和一定條件下的過載倍數(shù),有穩(wěn)流要求的電源還會指定調(diào)節(jié)范圍?有的電源不允許空載,此時應(yīng)指定電流下限?

(3) 穩(wěn)壓穩(wěn)流精度通常以正負(fù)誤差帶的形式給出?影響電源穩(wěn)壓穩(wěn)流精度的因素很多,主要有輸入電壓變化?輸出負(fù)載變化?溫度變化及器件老化等?

通常精度可以分成3個項目考核:

①輸入電壓調(diào)整率;

②負(fù)載調(diào)整率;

③時效偏差?

同精度密切相關(guān)的因素是基準(zhǔn)源精度?檢測元件精度?控制電路中運算放大器精度等?

(4)電源的輸出特性同應(yīng)用領(lǐng)域的工藝要求有關(guān),相互之間差別很大設(shè)計中必須根據(jù)輸出特性的要求來確定主電路和控制電路的形式?很多應(yīng)用場合都對電源提出了恒壓恒流的輸出特性要求,見圖?具備這種特性的電源在負(fù)載電流未達到限流值時工作在恒壓狀態(tài),隨著負(fù)載的加重,電流達到限流值,輸出電壓開始下降,電源處于恒流工作狀態(tài)?

(5)紋波凈水器電源適配器的輸出電壓紋波成分較為復(fù)雜,典型的電壓紋波波形見圖?通常按頻帶可以分為3類:

1)高頻噪聲,即圖中頻率遠高于開關(guān)頻率的尖刺;

2)開關(guān)頻率紋波,指開關(guān)頻率附近的頻率成分,即圖中鋸齒狀成分;

3)低頻紋波,頻率低于∫的成分,即低頻波動?見圖?