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電源適配器技術(shù)性能

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電源適配器技術(shù)性能

1.電源適配器高可靠
電源適配器比線性電源使用的元器件多數(shù)十倍,因此降低了可靠性。從壽命角度出發(fā),電解電容、光耦合器及散熱單元等器件的壽命決定著電源適配器的壽命。追求壽命的延長要從設(shè)計方面著眼,而不是從使用方面著想。美國一公司通過降低結(jié)溫、減少元器件的電應(yīng)力、降低運(yùn)行電流等措施使電源適配器的可靠性大大提高,可使電源適配器產(chǎn)品的MTBF高達(dá)100萬小時以上。
2.電源適配器模塊化
無論AC/DC或DC/DC變換器都朝模塊化方向發(fā)展,其特點(diǎn)是:可以用模塊電源組成分布式電源系統(tǒng);可以設(shè)計成N+1冗余電源系統(tǒng),從而提高可行性;可以做成插入式,實(shí)現(xiàn)熱插拔,從而在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時能高速更換模塊插件;多臺模塊并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)。此外,還可以在電源系統(tǒng)建成后,根據(jù)發(fā)展需要不斷擴(kuò)充容量。
3.電源適配器低噪聲
電源適配器的一大缺點(diǎn)是噪聲大,單純追求高頻化,噪聲也隨之增大,采用諧振技術(shù)在原理上既可以高頻化,又可以低噪聲。但諧振技術(shù)的應(yīng)用也有其難點(diǎn),如很難準(zhǔn)確地控制開關(guān)頻率、諧振時增大了器件負(fù)荷、開關(guān)管的寄生電容易引起短路損耗、元器件熱應(yīng)力轉(zhuǎn)向開關(guān)管等問題難以解決。日本把變壓器設(shè)計成一次側(cè)、二次側(cè)分離阻燃密封,自身具備抑制噪聲功能(共模無噪聲隔離變壓器),既節(jié)省了噪聲濾波器,又減少了噪聲。
4.電源適配器抗電磁干擾(EMI)
當(dāng)電源適配器在高頻下開關(guān)時,其噪聲通過電源線對其他電子設(shè)備產(chǎn)生干擾,世界各國已有抗EMI的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn),如美國的FCC、德國的VDE等,研究開發(fā)抗EMI的電源適配器日益重要。
5.電源適配器系統(tǒng)管理和控制
應(yīng)用微處理器或微機(jī)集中控制與管理,可以及時反映電源適配器環(huán)境的各種變化,電源系統(tǒng)內(nèi)的處理單元實(shí)現(xiàn)智能控制,可自動診斷故障、減少維護(hù)工作量,確保正常運(yùn)行。
6.計算機(jī)輔助計(CAD
利用計算機(jī)對電源適配器系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析、電路仿真、印制電路板、熱傳導(dǎo)分析、EMI分析以及可靠性等進(jìn)行CAD設(shè)計和模擬試驗(yàn),十分有效,是最為快速經(jīng)濟(jì)的設(shè)計方法。
7.性能指標(biāo)的提升
目前的電源適配器產(chǎn)品要求輸入電壓通用(適用世界各國電網(wǎng)電壓規(guī)模)、輸出電壓范圍擴(kuò)大(如計算機(jī)和工作站需要增加3.3V這一電壓、程控需要增加DC150V這一電壓)、輸入端功率因數(shù)進(jìn)一步提高(最有效的方法是加一級“有源功率因數(shù)校正器APFC”),并具有安全、過電壓保護(hù)等功能。

(1)電源適配器的優(yōu)點(diǎn)
①功耗小、效率高。在電源適配器電路中的,開關(guān)管在驅(qū)動信號的激勵下,交替地工作在導(dǎo)通—截止和截止—導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài),轉(zhuǎn)換速度很快,工作頻率一般為50kHz左右,在一些技術(shù)先進(jìn)的國家,可以做到幾百或者近千赫茲。這使得開關(guān)管的功耗很小,電源的效率可以大幅度地提高,其效率一般可以達(dá)到85%,質(zhì)量好的可以達(dá)到95%甚至更高,美國一般家用電器和工業(yè)電氣設(shè)備的單機(jī)能源消耗指數(shù)大于92%。美國的“能源之星”對電源適配器的效率都制定有很詳細(xì)的、非常嚴(yán)格的規(guī)章條款。
②體積小、質(zhì)量輕。從電源適配器的原理框圖可以清楚地看到?jīng)]有采用笨重的工頻變壓器,由于開關(guān)管上的耗散功率大幅度降低,又省去了較大的散熱片。由于這兩方面原因,使電源適配器實(shí)現(xiàn)了體積小、質(zhì)量輕。據(jù)統(tǒng)計,100W的鐵芯變壓器的質(zhì)量為1200g左右,體積達(dá)350cm3,而100W的電源適配器的質(zhì)量只有250g,而且敞開式電源適配器更輕,體積不到鐵芯變壓器的1/4。
③穩(wěn)壓范圍寬。改變輸出電流、電壓比較容易,且穩(wěn)定、可控。電源適配器的輸出電壓是由驅(qū)動信號來調(diào)節(jié)的,輸入電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來進(jìn)行補(bǔ)償,這樣,在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時,它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓,所以電源適配器的穩(wěn)壓范圍很寬,穩(wěn)壓效果很好。此外,改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種。這樣,電源適配器不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn),而且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多,設(shè)計人員可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求,靈活地選用各種類型的電源適配器。
④濾波的效率大為提高,使濾波電容的容量和體積大為減少。電源適配器的工作頻率目前基本上是工作在50kHz,是線性穩(wěn)壓電源的1000倍,這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍。就是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,采用電源適配器時,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。
⑤電源適配器具有各種保護(hù)功能,提高了電源適配器工作的可靠性。
⑥電路形式靈活多樣。電源適配器的形式有自激式和他激式,有調(diào)寬型和調(diào)頻型,有單端式和雙端式等,設(shè)計人員可以發(fā)揮各種類型電路的特長,設(shè)計出能滿足不同應(yīng)用場合的電源適配器。

(2)電源適配器的缺點(diǎn)
電源適配器的缺點(diǎn)是存在較為嚴(yán)重的開關(guān)干擾,在電源適配器中,功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài),在其開關(guān)過程中產(chǎn)生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾,這些干擾如果不采取一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽,就會嚴(yán)重地影響整個系統(tǒng)的正常工作。此外由于電源適配器振蕩器沒有工頻變壓器隔離,這些干擾就會竄入工頻電網(wǎng),使附近的其他電子儀器、設(shè)備和控制設(shè)備受到嚴(yán)重的干擾。

目前,由于國內(nèi)微電子技術(shù)、阻容器件生產(chǎn)技術(shù)以及磁性材料技術(shù)與一些技術(shù)先進(jìn)國家還有一定的差距,因而電源適配器的造價不能進(jìn)一步降低,也影響到電源適配器可靠性的進(jìn)一步提高。所以在我國的電子儀器以及機(jī)電一體化儀器中,電源適配器還不能得到十分廣泛的普及應(yīng)用。特別是對于無工頻變壓器電源適配器中的高壓電解電容器、高反壓大功率開關(guān)管、開關(guān)變壓器的磁芯材料等器件,在我國還處于研究、開發(fā)階段。在一些技術(shù)先進(jìn)國家,電源適配器雖然有了一定的發(fā)展,但在實(shí)際應(yīng)用中也還存在一些問題,不能十分令人滿意。這暴露出電源適配器的又一個缺點(diǎn),那就是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、維修麻煩。對此,如果設(shè)計中和制造中不予以充分重視,它將直接影響到電源適配器的推廣應(yīng)用。當(dāng)今,電源適配器推廣應(yīng)用比較困難的主要原因就是它的制作技術(shù)難度大、維修麻煩和造價成本較高。

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| 發(fā)布時間:2019.05.29    來源:電源適配器廠家
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