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，實現(xiàn)熱插拔，從而在運行中出現(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)展需要不斷擴充容量。
3．電源適配器低噪聲
電源適配器的一大缺點是噪聲大，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，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)的處理單元實現(xiàn)智能控制，可自動診斷故障、減少維護工作量，確保正常運行。
6．計算機輔助計（CAD
利用計算機對電源適配器系統(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行CAD設(shè)計和模擬試驗，十分有效，是較為快速經(jīng)濟的設(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）、輸出電壓范圍擴大（如計算機和工作站需要增加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)進一步提高（較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、過電壓保護等功能。

（1）電源適配器的優(yōu)點
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)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，其效率一般可以達到85%，質(zhì)量好的可以達到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)寬來進行補償，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，而且實現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，設(shè)計人員可以根據(jù)實際應(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
電源適配器的缺點是存在較為嚴(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)國家還有一定的差距，因而電源適配器的造價不能進一步降低，也影響到電源適配器可靠性的進一步提高。所以在我國的電子儀器以及機電一體化儀器中，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)國家，電源適配器雖然有了一定的發(fā)展，但在實際應(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，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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