電源適配器技術性能

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電源適配器技術性能

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溫、減少元器件的電應力、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，采用諧振技術在原理上既可以高頻化，又可以低噪聲。但諧振技術的應用也有其難點，如很難準確地控制開關頻率、諧振時增大了器件負荷、開關管的寄生電容易引起短路損耗、元器件熱應力轉向開關管等問題難以解決。日本把變壓器設計成一次側、二次側分離阻燃密封，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）
當電源適配器在高頻下開關時，其噪聲通過電源線對其他電子設備產生干擾，世界各國已有抗EMI的規(guī)范或標準，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、熱傳導分析、EMI分析以及可靠性等進行CAD設計和模擬試驗，十分有效，是最為快速經濟的設計方法。
7．性能指標的提升
目前的電源適配器產品要求輸入電壓通用（適用世界各國電網電壓規(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（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，開關管在驅動信號的激勵下，交替地工作在導通—截止和截止—導通的開關狀態(tài)，轉換速度很快，工作頻率一般為50kHz左右，在一些技術先進的國家，可以做到幾百或者近千赫茲。這使得開關管的功耗很小，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、非常嚴格的規(guī)章條款。
②體積小、質量輕。從電源適配器的原理框圖可以清楚地看到沒有采用笨重的工頻變壓器，由于開關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、質量輕。據(jù)統(tǒng)計，100W的鐵芯變壓器的質量為1200g左右，體積達350cm3，而100W的電源適配器的質量只有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動信號來調節(jié)的，輸入電壓的變化可以通過調頻或調寬來進行補償，這樣，在工頻電網電壓變化較大時，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制型和頻率調制型兩種。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，設計人員可以根據(jù)實際應用的要求，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，有調寬型和調頻型，有單端式和雙端式等，設計人員可以發(fā)揮各種類型電路的特長，設計出能滿足不同應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重的開關干擾，在電源適配器中，功率開關管工作在開關狀態(tài)，在其開關過程中產生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產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，使附近的其他電子儀器、設備和控制設備受到嚴重的干擾。

目前，由于國內微電子技術、阻容器件生產技術以及磁性材料技術與一些技術先進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、高反壓大功率開關管、開關變壓器的磁芯材料等器件，在我國還處于研究、開發(fā)階段。在一些技術先進國家，電源適配器雖然有了一定的發(fā)展，但在實際應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，那就是電路結構復雜、故障率高、維修麻煩。對此，如果設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用。當今，電源適配器推廣應用比較困難的主要原因就是它的制作技術難度大、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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