用于便攜產品的低成本開關式電源適配器

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用于便攜產品的低成本開關式電源適配器

線性交流適配器使用一只很大的變壓器、一個橋式整流器和一只電容器。變壓器工作在電網頻率。線性電源適配器的缺點是效率低，在沒有負載或者處于待機狀態時浪費電能。由于功率半導體技術取得令人欽佩的進展，現在，工作在開關狀態的成本低、效益好的適配器可以取代線性適配器。
分立式開關電源適配器可以解決上面談到的一些問題，但是實際電路的成本增加了，在輸出功率低于15W時，使分立式開關電源適配器不可能普遍使用。
現在，集成度很高且由電網供電的開關集成電路VIPerX2A，在低價的設備中，用作開關式電源適配器取代體積龐大、十分沉重、浪費電能的線性電源適配器是可行的。這些低價的便攜設備列于表1中。

開關式電源
開關式電源適配器輸出電壓的調節性能很好，頻率較高，可以在輸入端加上通用范圍的電壓，而且發熱少、尺寸小、重量輕。開關式電源的主要組件有一個脈沖寬度調制(PWM)驅動器、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，但是有一些區別。
整流后形成的直流電壓是加在變壓器的初級繞組上，耦合到次級繞組。PWM通過反饋電路來檢測次級繞組的輸出電壓，根據輸出電壓或者電流的大小讓MOSFET功率晶體管導通或者截止。
把MOSFET功率晶體管切換成導通或者截止，可以調節變壓器次級繞組中儲存的能量，從而得到恒定的輸出電壓。輸出電壓的調節精度可以達到±2%，這取決于反饋。除了輸出電壓的調節性能較好之外，開關式電源適配器中還有其它附加電路，提高了總體性能。這些電路是過熱關機電路及限流電路。在線性電源適配器中要實現這些功能，會增加成本，而且用分立元件來實現是十分困難的。開關式電源適配器的效率高于50%，既省電，元件的壽命也更長。
還要考慮到市場提出的一個新的要求：降低待機時或者無負載時交流轉接器的功耗。交流轉接器處于待機狀態的時間比人們想象的更長。如果把轉接器插到墻上的交流電源適配器插座中，對便攜設備進行充電，例如對移動電話充電，一旦電池充足電力，就把電池充電器拔下來，但是交流轉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，交流轉接器是工作在無負載狀態，仍然從電網吸收功率。
在無負載時的功耗也會影響電能的生產，很多國家已經針對設備在待機時的功耗制定了嚴格的法規，相關法規規定，到2005年，低于15W的設備，在待機時的較大輸入功率是300mW。

新一代的開關式電源適配器VIPerX2A由電網供電的VIPerX2A的初級繞組開關把很多分立元件都集成在一個器件中，這樣電源適配器可以達到在待機或者在無負載時對功耗的要求，可以與較低價的線性電源適配器競爭，尤其是低功率(低于15W)的產品。
VIPerX2A中包含PWM、MOSFET功率晶體管，以及用30~45只分立元件構成的啟動電路和保護電路。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的產品，輸入電壓范圍很寬(交流85V~265V)。
其主要特點是：功率
晶體管工作狀態切換的頻率是固定的，具備過熱保護、電流過載保護、電壓過載保護等功能，供電電壓范圍寬(直流9V~36V)，逐個周期進行限流控制。
所有功能都集成在一個器件中。有了這樣的器件，簡單的開關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的旅行用交流轉接器只需要23只元件。這個系統使用一個VIPer12AS，裝在表面貼片封裝SO-8中。系統電路如圖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狀態的反激式穩壓器，它調節輸出電壓和電流。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。變壓器是標準的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：一個電容器C4(啟動兼去耦)、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)。
這是一個標準的反激式適配器，次級電流和電壓的調節信號通過光耦合器送到VIPer12A的反饋引腳。電壓調節信號由穩壓二極管D6控制，通過R3直接推動光耦合器，在瞬態時如果輸出存在超調，可以限制電流。
電流調節是利用并聯電阻R6//R7//R8上的電壓降來進行的，把偏置電壓加到晶體管Q1基極—發射極半導體結上。Q1的集電極則帶動光耦合器，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，它可以防止損壞Q1的基極—發射極結。在短路時，R3也是必不可少的，Q1的集電極電流直接流過D2，不再驅動光耦合器，使短路時的功耗增大。C8限制Q1在高頻時的增益，使回路穩定下來。電池充電器的性能參考列于表2中。(作者來自意法半導體)

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| 發布時間：2018.07.02 來源：電源適配器廠家

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