電源適配器特點(diǎn)

電源適配器效率高，電路具有完善的保護(hù)措施(涵蓋過流.過壓.過溫)，電源內(nèi)置有過短路保護(hù)，負(fù)載短路或負(fù)載過重時(shí)，產(chǎn)品會(huì)自動(dòng)保護(hù)。是一種超強(qiáng)可靠性電源。

重量輕，攜帶方便，取代傳統(tǒng)的變壓器。電源產(chǎn)品分為戶內(nèi)使用及戶外使用兩大類產(chǎn)品，戶外使用的產(chǎn)品采用密閉灌封，防水防潮，適合于各種環(huán)境；安裝方便，可懸掛或平放于支撐物體上；戶內(nèi)使用的產(chǎn)品機(jī)構(gòu)沒有防水功能，只適合安裝在室內(nèi)。

    傳統(tǒng)的耗能式線性穩(wěn)壓式電源適配器，實(shí)際上是通過串聯(lián)或并聯(lián)于負(fù)載電路中的耗能元器件，以改變其能耗大小穩(wěn)定負(fù)載的電壓。當(dāng)負(fù)載電壓升高時(shí)，耗能電路等效電阻增大，使負(fù)載上電壓降低；相反，當(dāng)負(fù)載電壓降低時(shí)則減小電阻耗能，提高負(fù)載電壓。因?yàn)樵诜€(wěn)壓范圍內(nèi)，耗能電路工作在線性區(qū)，其壓降在此范圍內(nèi)正比于輸入電壓的升高，反比于負(fù)載電流的增大或減小，所以又稱為線性穩(wěn)壓電源適配器，或者相對(duì)于目前的數(shù)字電路，也可稱其為模擬穩(wěn)壓電源適配器；

開關(guān)電源與適配器都是開關(guān)電源，都由高頻開關(guān)管及其控制電路組成。而適配器電源則是一種穩(wěn)壓開關(guān)電源，開關(guān)電源充電器則帶有浮充功能，電壓是隨電流的變小而變大，到后是只有電壓而沒電流。

    耗能式穩(wěn)壓電源適配器的耗能是必須的、不可避免的，因?yàn)槠浞€(wěn)壓過程是通過耗能大小實(shí)現(xiàn)的，正因?yàn)槿绱?，這種穩(wěn)壓器穩(wěn)壓范圍越寬，輸入／輸出壓差越大，耗能也就越大，這是顯而易見的。220V市電整流后輸出300V的直流電，想經(jīng)此類穩(wěn)壓器輸出穩(wěn)定的5V、12V低壓直流電是不可能的事。耗能型低壓輸出穩(wěn)壓器必須與工頻變壓器配套使用，造成穩(wěn)壓器體積、重量增大，同時(shí)還增加了額外損耗(變壓器的銅損和鐵損)。

濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少。開關(guān)電源適配器的工作頻率目前基本上是工作在50kHz以上，是線性穩(wěn)壓電源適配器的1000倍以上，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍;即使采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了500倍。在相同的紋波輸出電壓下，采用開關(guān)電源時(shí)，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容的1/500～1/1000。

    開關(guān)穩(wěn)壓器的出現(xiàn)，徹底改變了穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓概念。顧名思義，開關(guān)穩(wěn)壓器是通過開關(guān)動(dòng)作，使連續(xù)的直流電變成間斷供電的脈沖，再通過儲(chǔ)能濾波元件，將不連續(xù)的脈沖變成連續(xù)的直流電。開關(guān)穩(wěn)壓器使用輸出級(jí)，重復(fù)切換“開”和“關(guān)”狀態(tài)，與能量存貯部件（電容器和感應(yīng)器）一起產(chǎn)生輸出電壓。它的調(diào)整是通過根據(jù)輸出電壓的反饋樣本來調(diào)整切換定時(shí)來實(shí)現(xiàn)的。只要控制開／關(guān)的時(shí)間比即可改變輸出電壓，再通過輸出電壓的變化控制開／關(guān)動(dòng)作時(shí)間，即可使輸出電壓穩(wěn)定。很明顯，如果此過程中開／關(guān)具有理想特性，應(yīng)該沒有損耗，開關(guān)時(shí)間比的變化范圍可以很大。因此，開關(guān)穩(wěn)壓器直接將300V直流電穩(wěn)壓輸出5V也是可能的，省去了工頻變壓器，這是電源適配器的最大優(yōu)點(diǎn)之一。目前的電源適配器最高效率已達(dá)到95％，功率體積比達(dá)到3．2W／cms，與同輸出功率的耗能式穩(wěn)壓器比較，有色金屬材料的耗用量降低90％以上。目前電源適配器種類極多，性能差距極大，但各有優(yōu)勢和專用領(lǐng)域，所以很難在具體數(shù)據(jù)上與耗能穩(wěn)壓器進(jìn)行比較。本書將在每種特殊用途的電源適配器中介紹其特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域，1，2電源適配器存在問題及目前解決方案

    前幾年出版的有關(guān)電源適配器的書刊，在提到電源適配器時(shí)總要列出一系列相對(duì)于耗能式穩(wěn)壓器所特有的缺點(diǎn)。但隨著電源適配器技術(shù)的迅速發(fā)展，這些缺點(diǎn)不斷被融人的新技術(shù)、新器件所改進(jìn)。

開關(guān)頻率的提高

    在電源適配器中，提高開關(guān)頻率可以更有利于發(fā)揮優(yōu)勢，更有效抑制紋波。但是，直到20世紀(jì)80年代，電源適配器的工作頻率大都未超過40kHz，一般為15—25kHz。提高電源適配器頻率，首先遇到的難題是受到開關(guān)管開關(guān)速度的限制。用雙極型開關(guān)管的電源適配器，其

PN結(jié)在正向?qū)〞r(shí)，載流子不斷向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散，使對(duì)方區(qū)域載流子有相當(dāng)數(shù)量的存儲(chǔ)。當(dāng)加入反向電壓時(shí)，開關(guān)管存儲(chǔ)的電荷在繼續(xù)擴(kuò)散的同時(shí)，空穴與電子復(fù)合，在存儲(chǔ)電荷消失之前開關(guān)管不會(huì)截止。存儲(chǔ)時(shí)間結(jié)束，靠近PN結(jié)附近的多余載流子中有少數(shù)已消失，開關(guān)管電流開始減小。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反向偏置，三極管基區(qū)無自由電子，集電極電流為零。如果使發(fā)射結(jié)正偏電壓達(dá)到0．7V以上時(shí)，正偏電壓首先給發(fā)射結(jié)電容充電，逐漸抵消PN結(jié)內(nèi)電場，才開始向基區(qū)發(fā)射電子。因此，整個(gè)過程使三極管導(dǎo)通有一延遲時(shí)間，電子發(fā)射到基區(qū)以后，在基區(qū)路程長度內(nèi)，一面向集電區(qū)擴(kuò)散，一面與空穴復(fù)合而消失。此過程中，在基區(qū)存儲(chǔ)一定數(shù)量的電子，最后達(dá)到對(duì)應(yīng)所需集電極電流的密度，才使開關(guān)管導(dǎo)通。該過程占用的時(shí)間稱為脈沖上升時(shí)間。另外，雙極型三極管還有脈沖下降時(shí)間。由此可見，雙極型三極管構(gòu)成的開關(guān)并非理想，上升時(shí)間、存儲(chǔ)效應(yīng)都形成開關(guān)損耗。工作頻率越高，上升時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間與其周期相比越接近，損耗也就越大，甚至來不及在下一個(gè)周期到來之前關(guān)斷，造成連續(xù)導(dǎo)通而損壞開關(guān)管。盡管目前開關(guān)管制造工藝使基區(qū)做得較薄，降低了此類損耗，但雙極型三極管開關(guān)頻率仍難以突破40kH。。

    目前，此問題由于肖特基二極管、場效應(yīng)開關(guān)管的開發(fā)而得到解決。肖特基二極管利用金屬與半導(dǎo)體接觸的能量勢壘形成整流效應(yīng)，其正向特性優(yōu)于PN結(jié)二極管。它具有較小的正向壓降，即使用于最大整流電流時(shí)，正向壓降也僅在o．3一o．5V以內(nèi)。而普通二極管均在0．7—1V之間。此外，肖特基二極管通過多數(shù)載流子導(dǎo)電，無存儲(chǔ)效應(yīng)，其反向恢復(fù)時(shí)間比普通二極管快兩個(gè)數(shù)量級(jí)，比快恢復(fù)二極管還快一個(gè)數(shù)量級(jí)。

    場效應(yīng)開關(guān)管則為電壓控制器件，不含有少數(shù)載流子，也就不會(huì)有少數(shù)載流子形成的存儲(chǔ)時(shí)間，其關(guān)斷時(shí)間可小到幾十ns，比雙極型三極管小10倍以上。目前采用肖特基二極管作脈沖整流，場效應(yīng)管作開關(guān)器件的一般民用電源適配器，其工作頻率均在200kHz以匕。而美國的軍用電源適配器模塊，已使開關(guān)頻率達(dá)到4MHz以上。開關(guān)頻率的提高，首先使電源適配器的體積和質(zhì)量大幅減小。工作頻率為4.4MHz的模塊化電源適配器，輸出功率160W，體積只有1lem~5emXlcm，質(zhì)量不足150g。此外，開關(guān)頻率的提高還為紋波輸出的降低提供了有利條件，高頻率紋波可以通過更簡單的濾波器獲得較小的紋波。