電源適配器原理

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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)器件對輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實現(xiàn)DC/AC、DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動穩(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)已實現(xiàn)模塊化，并且設(shè)計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(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VICOR公司設(shè)計制造的多種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，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標(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)動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求。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：消除來自電網(wǎng)（如電動機(jī)的啟動、電器的開關(guān)、雷擊等）產(chǎn)生的干擾，同時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，同時還防止高頻噪聲對負(fù)載的干擾。
（5）控制電路：檢測輸出直流電壓，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，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)布時間：2019.05.09 來源：

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