電源適配器功率電路的設計

本文電源適配器廠家玖琪實業(yè)重點闡述電源適配器主電路的設計方法?首先從技術(shù)指標的分析入手然后按照工程設計中習慣的步驟闡述正激?半橋?全橋和反激電路的設計方法包括變壓器?濾波器和開關(guān)元件的設計原則和設計公式?最后對主電路結(jié)構(gòu)設計和熱設計進行了探討?

韓規(guī)電源適配器的主要技術(shù)指標及分析

電源適配器的設計應從深入分析待設計的電源的技術(shù)指標開始?電源適配器技術(shù)指標指出了該電源的實際使用要求,設計工作應以滿足技術(shù)指標的要求為目的?

本節(jié)分析電源適配器的各項主要技術(shù)指標的含義及其同設計的關(guān)系?

大功率電源適配器輸入?yún)?shù)

輸入人參數(shù)包括輸入電壓?交流或直流?湘相數(shù)?頻率?輸入電流功率因數(shù)諧渡含量等?

(1) 輸入電壓國內(nèi)應用的民用交流電源電壓三相為380V,單相為220V;出口到國外的電源需要參照出口國電壓標準?目前便攜式設備的電源適配器流行采用國際通用電壓范圍,即單相交流85-265V,這一范圍覆蓋了全球各種民用電源標準所限定的電壓,但對電源的設計提出了較高的要求?

輸入電壓為直流時情況較復雜,從24~600V都有可能?輸入電壓的指標通常包含額定值和變化圍兩方面內(nèi)容?輸人電壓范圍的下限影響變壓器設計時電壓比的計算,而上限決定了主電路元件的電壓入電壓變化范圍過寬使設計中必須留過大裕量而造成浪費,因此變化范圍應在滿足實際要求的前提下盡量小?

(2)輸入頻率我國民用和工業(yè)用電的頻率為50Hz,航空?航天及船舶用的電源經(jīng)常采用交流400Hz輸入,這時的輸入電壓通常為單相或三相115V?中頻電壓整流后的脈動頻率遠高于工頻,因此整流電路所連接的濾波電容可以減小很多?

 (3)輸入相數(shù)三相輸入的情況下,整流后直流電壓是單相輸入時的約1.1倍,當電源適配器的功率小于3-5kW時,可以選單相輸入,以降低主電路器件的電壓等級,從而可以降低成本;當功率大于5kW時應選三相輸入,以避免引起電網(wǎng)三相間的不平衡,同時也可以減小主電路中的電流以降低損耗?

(4)輸入電流輸入電流指標通常包含額定輸入電流和最大電流兩項,是輸入開關(guān)?接線端子?熔斷器和整流橋等元器件的設計依據(jù)?

(5)輸入功率因數(shù)和諧波目前,對保護電網(wǎng)環(huán)境?降低諧波污染的要求越來越迫切,許多國家和地區(qū)都已出臺相應的標準(IEC61000.3系列),對用電裝置的輸入諧波電流和功率因數(shù)做出較嚴格的規(guī)定,因此電源適配器的輸入諧波電流和功率因數(shù)成為重要指標,也是設計中的一個重點?但降低諧波電流和提高功率因數(shù)往往需要付出電路復雜程度增加?成本上升?可靠性下降的代價,因此應根據(jù)實際需要和有關(guān)標準制定指標?目前,單相有源功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)已經(jīng)基本成熟,附加的成本也較低,可以很容易地使輸入功率因數(shù)達到0.99以上,輸入總諧波電流小于5%?三相PFC技術(shù)尚不盡人意,如果功率因數(shù)要求很高,如高于0.99,則需要采用復雜的6開關(guān)PWM整流電路,而且其成本很可能會高于后級DCDC變換器的成本;如果不能允許成本增加很多則只能采用單開關(guān)三相PFC技術(shù),其功率因數(shù)通常只能達到0.95左右,而且具體電路還存在很多問題,或采用無源PFC技術(shù),通常其功率因數(shù)只能達到09左右?這是制定指標時必須考慮的?

輸出參數(shù)

輸出參數(shù)包括輸出功率?輸出電壓?輸出電流?紋波?穩(wěn)壓精度?穩(wěn)流精度?效率?輸出特性等?

(1) 輸出電壓通常給出額定值和調(diào)節(jié)范圍兩項內(nèi)容?輸出電壓上限關(guān)系到變壓器設計中電壓比的計算,過高的上限要求過大的設計裕量和額定特性變差,因此在滿足實際要求的前提下,上限應盡量靠近額定點?相比之下,下限的限制較寬松?

(2) 輸出電流通常給出額定值和一定條件下的過載倍數(shù),有穩(wěn)流要求的電源還會指定調(diào)節(jié)范圍?有的電源不允許空載,此時應指定電流下限?

(3) 穩(wěn)壓穩(wěn)流精度通常以正負誤差帶的形式給出?影響電源穩(wěn)壓穩(wěn)流精度的因素很多,主要有輸入電壓變化?輸出負載變化?溫度變化及器件老化等?

通常精度可以分成3個項目考核:

①輸入電壓調(diào)整率;

②負載調(diào)整率;

③時效偏差?

同精度密切相關(guān)的因素是基準源精度?檢測元件精度?控制電路中運算放大器精度等?

(4)電源的輸出特性同應用領(lǐng)域的工藝要求有關(guān),相互之間差別很大設計中必須根據(jù)輸出特性的要求來確定主電路和控制電路的形式?很多應用場合都對電源提出了恒壓恒流的輸出特性要求,見圖?具備這種特性的電源在負載電流未達到限流值時工作在恒壓狀態(tài),隨著負載的加重,電流達到限流值,輸出電壓開始下降,電源處于恒流工作狀態(tài)?

(5)紋波凈水器電源適配器的輸出電壓紋波成分較為復雜,典型的電壓紋波波形見圖?通常按頻帶可以分為3類:

1)高頻噪聲,即圖中頻率遠高于開關(guān)頻率的尖刺;

2)開關(guān)頻率紋波,指開關(guān)頻率附近的頻率成分,即圖中鋸齒狀成分;

3)低頻紋波,頻率低于∫的成分,即低頻波動?見圖?