電源適配器原理 |
電源適配器利用電子開關(guān)器件(如晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、晶閘管等),通過控制電路,使電子開關(guān)器件不停地“導(dǎo)通”和“關(guān)斷”,讓電子開關(guān)器件對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制,從而實(shí)現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換,以及輸出電壓可調(diào)和自動(dòng)穩(wěn)壓。 電源適配器一般有3種工作模式:頻率、脈沖寬度固定模式,頻率固定、脈沖寬度可變模式,頻率、脈沖寬度可變模式。前一種工作模式多用于DC/AC逆變電源或DC/DC電壓變換;后兩種工作模式多用于開關(guān)穩(wěn)壓電源。另外,電源適配器輸出電壓也有3種工作方式:直接輸出電壓方式、平均值輸出電壓方式和幅值輸出電壓方式。同樣,前一種工作方式多用于DC/AC逆變電源或DC/DC電壓變換;后兩種工作方式多用于開關(guān)穩(wěn)壓電源。 根據(jù)開關(guān)器件在電路中連接的方式,目前比較廣泛使用的電源適配器,大體上可分為串聯(lián)式電源適配器、并聯(lián)式電源適配器、變壓器式電源適配器等3大類。其中,變壓器式電源適配器(后面簡(jiǎn)稱變壓器電源適配器)還可以進(jìn)一步分成推挽式、半橋式、全橋式等多種;根據(jù)變壓器的激勵(lì)和輸出電壓的相位,又可以分成正激式、反激式、單激式和雙激式等多種。如果從用途上來(lái)分,還可以分成更多種類。 電源適配器可分為AC/DC和DC/DC兩大類,DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化,并且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化;AC/DC的模塊化,因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中,遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。 DC/DC變換 DC/DC變換將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓,也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種:一是脈寬調(diào)制方式Ts不變,改變ton(通用);二是頻率調(diào)制方式,ton不變,改變Ts(易產(chǎn)生干擾)。其具體的電路由以下4類。 (1)Buck電路——降壓斬波器,其輸出平均電壓UO小于輸入電壓Ui,極性相同。 (2)Boost電路——升壓斬波器,其輸出平均電壓UO大于輸入電壓Ui,極性相同。 (3)Buck-Boost電路——降壓或升壓斬波器,其輸出平均電壓UO大于或小于輸入電壓Ui,極性相反,電感傳輸。 (4)CUK電路——降壓或升壓斬波器,其輸出平均電壓UO大于或小于輸入電壓Ui,極性相反,電容傳輸。 當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍,美國(guó)VICOR公司設(shè)計(jì)制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器,其較大輸出功率有300W、600W、800W等,相應(yīng)的功率密度為6.2W/cm3、10W/cm3、17W/cm3,效率為80%~90%。日本NemicLambda公司推出了一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻電源適配器模塊RM系列,其開關(guān)頻率為200~300kHz,功率密度已達(dá)到27W/cm3,采用同步整流器(MOSFET代替肖特基二極管),使整個(gè)電路效率提高到90%。 巴西認(rèn)證電源適配器AC/DC變換 AC/DC變換將交流變換為直流,其功率流向可以是雙向的,功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”,功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50Hz的交流電,由于必須經(jīng)整流、濾波,因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的,同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA),交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件,這樣就限制了AC/DC了電源體積的小型化。另外,由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動(dòng)作,使得解決EMC電磁兼容問題難度加大,也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求。由于同樣的原因,高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作損耗增大,限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程,因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。 AC/DC變換按電路的接線方式可分為半波電路和全波電路。按電源相數(shù)可分為單相、三相和多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限和四象限。 電源適配器主要包括輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、逆變器、輸出整流濾波器、控制電路和保護(hù)電路。它們的功能如下。 (1)輸入電網(wǎng)濾波器:消除來(lái)自電網(wǎng)(如電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、電器的開關(guān)、雷擊等)產(chǎn)生的干擾,同時(shí)也防止電源適配器產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散。 (2)輸入整流濾波器:將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波,為變換器提供直流電壓。 (3)逆變器:電源適配器的關(guān)鍵部分。它把直流電壓變換成高頻交流電壓,并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。 (4)輸出整流濾波器:將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓,同時(shí)還防止高頻噪聲對(duì)負(fù)載的干擾。 (5)控制電路:檢測(cè)輸出直流電壓,并將其與基準(zhǔn)電壓比較,進(jìn)行放大,調(diào)制振蕩器的脈沖寬度,從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。 (6)保護(hù)電路:當(dāng)電源適配器發(fā)生過電壓、過電流短路時(shí),保護(hù)電路使電源適配器停止工作以保護(hù)負(fù)載和電源本身。 電源適配器的作用是將交流電先整流成直流電,再將直流電逆變成交流電,較后整流輸出所需要的直流電壓。這樣電源適配器省去了線性電源中的變壓器及電壓反饋電路。而電源適配器中的逆變電路完全采用數(shù)字調(diào)整,同樣能達(dá)到非常高的調(diào)整精度。電源適配器原理圖如圖所示。
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| 發(fā)布時(shí)間:2019.05.09 來(lái)源: |
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