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用于便攜產(chǎn)品的低成本開關(guān)式電源適配器

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用于便攜產(chǎn)品的低成本開關(guān)式電源適配器

線性交流適配器使用一只很大的變壓器、一個(gè)橋式整流器和一只電容器。變壓器工作在電網(wǎng)頻率。線性電源適配器的缺點(diǎn)是效率低，在沒(méi)有負(fù)載或者處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)浪費(fèi)電能。由于功率半導(dǎo)體技術(shù)取得令人欽佩的進(jìn)展，現(xiàn)在，工作在開關(guān)狀態(tài)的成本低、效益好的適配器可以取代線性適配器。
分立式開關(guān)電源適配器可以解決上面談到的一些問(wèn)題，但是實(shí)際電路的成本增加了，在輸出功率低于15W時(shí)，使分立式開關(guān)電源適配器不可能普遍使用。
現(xiàn)在，集成度很高且由電網(wǎng)供電的開關(guān)集成電路VIPerX2A，在低價(jià)的設(shè)備中，用作開關(guān)式電源適配器取代體積龐大、十分沉重、浪費(fèi)電能的線性電源適配器是可行的。這些低價(jià)的便攜設(shè)備列于表1中。

開關(guān)式電源
開關(guān)式電源適配器輸出電壓的調(diào)節(jié)性能很好，頻率較高，可以在輸入端加上通用范圍的電壓，而且發(fā)熱少、尺寸小、重量輕。開關(guān)式電源的主要組件有一個(gè)脈沖寬度調(diào)制(PWM)驅(qū)動(dòng)器、一只MOSFET功率晶體管、一只變壓器以及反饋電路。輸入電路中有一個(gè)橋式整流器、一只變壓器和一只輸入電容器，這與線性電源適配器相似，但是有一些區(qū)別。
整流后形成的直流電壓是加在變壓器的初級(jí)繞組上，耦合到次級(jí)繞組。PWM通過(guò)反饋電路來(lái)檢測(cè)次級(jí)繞組的輸出電壓，根據(jù)輸出電壓或者電流的大小讓MOSFET功率晶體管導(dǎo)通或者截止。
把MOSFET功率晶體管切換成導(dǎo)通或者截止，可以調(diào)節(jié)變壓器次級(jí)繞組中儲(chǔ)存的能量，從而得到恒定的輸出電壓。輸出電壓的調(diào)節(jié)精度可以達(dá)到±2%，這取決于反饋。除了輸出電壓的調(diào)節(jié)性能較好之外，開關(guān)式電源適配器中還有其它附加電路，提高了總體性能。這些電路是過(guò)熱關(guān)機(jī)電路及限流電路。在線性電源適配器中要實(shí)現(xiàn)這些功能，會(huì)增加成本，而且用分立元件來(lái)實(shí)現(xiàn)是十分困難的。開關(guān)式電源適配器的效率高于50%，既省電，元件的壽命也更長(zhǎng)。
還要考慮到市場(chǎng)提出的一個(gè)新的要求：降低待機(jī)時(shí)或者無(wú)負(fù)載時(shí)交流轉(zhuǎn)接器的功耗。交流轉(zhuǎn)接器處于待機(jī)狀態(tài)的時(shí)間比人們想象的更長(zhǎng)。如果把轉(zhuǎn)接器插到墻上的交流電源適配器插座中，對(duì)便攜設(shè)備進(jìn)行充電，例如對(duì)移動(dòng)電話充電，一旦電池充足電力，就把電池充電器拔下來(lái)，但是交流轉(zhuǎn)接器還是插在墻上的交流電源適配器插座上。在這種情況下，交流轉(zhuǎn)接器是工作在無(wú)負(fù)載狀態(tài)，仍然從電網(wǎng)吸收功率。
在無(wú)負(fù)載時(shí)的功耗也會(huì)影響電能的生產(chǎn)，很多國(guó)家已經(jīng)針對(duì)設(shè)備在待機(jī)時(shí)的功耗制定了嚴(yán)格的法規(guī)，相關(guān)法規(guī)規(guī)定，到2005年，低于15W的設(shè)備，在待機(jī)時(shí)的較大輸入功率是300mW。

新一代的開關(guān)式電源適配器VIPerX2A由電網(wǎng)供電的VIPerX2A的初級(jí)繞組開關(guān)把很多分立元件都集成在一個(gè)器件中，這樣電源適配器可以達(dá)到在待機(jī)或者在無(wú)負(fù)載時(shí)對(duì)功耗的要求，可以與較低價(jià)的線性電源適配器競(jìng)爭(zhēng)，尤其是低功率(低于15W)的產(chǎn)品。
VIPerX2A中包含PWM、MOSFET功率晶體管，以及用30~45只分立元件構(gòu)成的啟動(dòng)電路和保護(hù)電路。圖1是VIPerX2A的方框圖。
VIPerX2A系列中有VIPer12A和VIPer22A兩種器件，裝在雙列直插的DIP-8封裝或者裝在小型表面貼片封裝SO-8中。它們可以用于功率為12W的產(chǎn)品，輸入電壓范圍很寬(交流85V~265V)。
其主要特點(diǎn)是：功率
晶體管工作狀態(tài)切換的頻率是固定的，具備過(guò)熱保護(hù)、電流過(guò)載保護(hù)、電壓過(guò)載保護(hù)等功能，供電電壓范圍寬(直流9V~36V)，逐個(gè)周期進(jìn)行限流控制。
所有功能都集成在一個(gè)器件中。有了這樣的器件，簡(jiǎn)單的開關(guān)式電源適配器只需要9只元件。
輸入電壓為通用范圍、輸出電壓為6V、輸出功率為3.6W的旅行用交流轉(zhuǎn)接器只需要23只元件。這個(gè)系統(tǒng)使用一個(gè)VIPer12AS，裝在表面貼片封裝SO-8中。系統(tǒng)電路如圖2所示，它具備上面講到的功能。

旅行用適配器
旅行用適配器是工作不連續(xù)狀態(tài)的反激式穩(wěn)壓器，它調(diào)節(jié)輸出電壓和電流。這種電路廣泛地用在蜂窩電話適配器中。外殼是塑料的，直接插在墻上的交流電源適配器插座上。變壓器是標(biāo)準(zhǔn)的E13變壓器。
VIPer12A很適合這種要求成本低的適配器，它只需要幾只外接元件：一個(gè)電容器C4(啟動(dòng)兼去耦)、一只濾波電容器C5，以及作為輔助電源適配器的元件(R2、D3及變壓器繞組)。
這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的反激式適配器，次級(jí)電流和電壓的調(diào)節(jié)信號(hào)通過(guò)光耦合器送到VIPer12A的反饋引腳。電壓調(diào)節(jié)信號(hào)由穩(wěn)壓二極管D6控制，通過(guò)R3直接推動(dòng)光耦合器，在瞬態(tài)時(shí)如果輸出存在超調(diào)，可以限制電流。
電流調(diào)節(jié)是利用并聯(lián)電阻R6//R7//R8上的電壓降來(lái)進(jìn)行的，把偏置電壓加到晶體管Q1基極—發(fā)射極半導(dǎo)體結(jié)上。Q1的集電極則帶動(dòng)光耦合器，限制輸出的電流。
基極上的電阻器R5是必不可少的，在短路時(shí)，它可以防止損壞Q1的基極—發(fā)射極結(jié)。在短路時(shí)，R3也是必不可少的，Q1的集電極電流直接流過(guò)D2，不再驅(qū)動(dòng)光耦合器，使短路時(shí)的功耗增大。C8限制Q1在高頻時(shí)的增益，使回路穩(wěn)定下來(lái)。電池充電器的性能參考列于表2中。(作者來(lái)自意法半導(dǎo)體)

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| 發(fā)布時(shí)間：2018.07.02    來(lái)源：電源適配器廠家
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