電源適配器線性調(diào)整器的缺點(diǎn)

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電源適配器線性調(diào)整器的缺點(diǎn)

直到20世紀(jì)60年代初期，這種簡單的直流耦合串聯(lián)型線性調(diào)整器一直是數(shù)十億美元產(chǎn)值的電源適配器工業(yè)的主要產(chǎn)品。但是，這種電源適配器電路有以下缺陷。
·這種電源適配器只能降壓。
·5伏電源適配器的輸出與輸入之間有公共端，當(dāng)輸入和輸出之間，或多路輸出之間需要直流隔離時，電路的設(shè)計會變得非常復(fù)雜。
·其初始直流輸入電壓（即圖1。1（a）中的V）一般由工頻變壓器次級整流獲得，而工頻變壓器的體積和重量限制了它的推廣應(yīng)用。
·如1。2。3節(jié)所介紹的，這種電路的效率非常低，造成非常大的功率損耗，需要較大的散熱片。

電源適配器串接晶體管的功率損耗
線性調(diào)整器的主要缺點(diǎn)是串接晶體管存在過大功耗。所有的負(fù)載電流都必須通過串接晶體管，其功耗為（V-V）l。大多數(shù)情況下，串接NPN型晶體管的最小壓差（V。-V）為2。5V。假設(shè)整流濾波電容足夠大，可忽略紋波。若直流輸入電壓由工頻變壓器次級整流獲得，則次級匝數(shù)選擇應(yīng)保證交流網(wǎng)壓最低時對應(yīng)的次級整流電壓為（V。+2。5），此時Q1的損耗最小。
然而，當(dāng)交流網(wǎng)壓最高時Q1的壓差將大很多，串接晶體管損耗嚴(yán)重，電源適配器效率明顯降低。由于25V最低壓差的存在，在額定輸出電壓較低時造成的損耗顯得更為嚴(yán)重。
以下15W電源適配器例子可以說明這一點(diǎn)。假設(shè)交流輸入電壓的波動范圍為±15%，以下列3臺線性調(diào)整器為例，
·輸出5v／10A
·輸出15V／10A
·輸出30V／10A

假設(shè)次級濾波電容足夠大，整流電壓紋波可忽略。次級整流獲得的直流電壓V的波動范圍與交流網(wǎng)壓波動范圍對應(yīng)，均為±15%。若網(wǎng)壓輸入最低（-15%）時，變壓器次級電壓為（V+2。5），則網(wǎng)壓輸入最高（+15%）時，最大直流輸入電壓為1。35（V，+2。5）。調(diào)整器具體參數(shù)如下。

由上面的數(shù)據(jù)可知，電源適配器直流輸出電壓低時，調(diào)整器的效率比輸出電壓高時低很多。若不忽略輸入網(wǎng)壓紋波且容許網(wǎng)壓波動±15%，則5V輸出調(diào)整器的效率只有32%~35%。

線性調(diào)整器的效率與輸出電壓的關(guān)系
下面將分析效率在下列情況下的變化范圍：電源適配器輸出電壓值從5V到100V，并且電網(wǎng)電壓波動范圍從±5%~±15%，考慮實際紋波。

假設(shè)電源適配器最小壓差是2.5V，并保證在最小輸入網(wǎng)壓產(chǎn)生的輸入紋波的谷值處仍有25V的壓差，如圖1。1（b）所示。據(jù)此，可計算出不同輸入網(wǎng)壓波動范圍和不同輸出電壓下調(diào)整器的效率。
設(shè)輸入電壓為額定電壓的±7%，則工頻變壓器次級匝數(shù)的選擇應(yīng)保證當(dāng)輸入網(wǎng)壓最小時，紋波的谷值仍比預(yù)期的輸出電壓大2.5V（設(shè)最小壓差為2.5V）。
令電壓紋波的峰一峰值為V，。當(dāng)網(wǎng)壓輸入最低時，輸入到晶體管的直流電壓（平均電壓）為

當(dāng)網(wǎng)壓輸入最高時，輸入到晶體管的直流電壓為

網(wǎng)壓輸入最高時，輸入功率最大，最惡劣情況下的最大效率為

圖所示為紋波電壓峰一峰值為8V時，網(wǎng)壓波動高限、輸出電壓和效率的關(guān)系曲線。以后會提到，對于60Hz全波整流器，若選取每1A負(fù)載電流對應(yīng)濾波電容值為1000uF，則紋波電壓峰一峰值為8V。

從圖可見，即使電源適配器輸出電壓為10V，對于典型的±10%網(wǎng)壓波動值，效率已低于50%。正是線性調(diào)整器的低效率和工頻變壓器笨重的缺陷促進(jìn)了開關(guān)電源適配器的研制和開發(fā)。
當(dāng)然，若能使初始直流電壓得到±5%左右的預(yù)調(diào)整（后面介紹的大部分拓?fù)涠紳M足這一點(diǎn)），而輸出又需要進(jìn)一步穩(wěn)壓，則應(yīng)用線性調(diào)整器還是合理的?，F(xiàn)在市場上有1。5A塑封集成線性調(diào)整器，價格約為50美分。也有3~5A價格稍貴金屬封裝的該類調(diào)整器，但內(nèi)置串接晶體管的功耗很大，輸出5A或以上時的功耗更加嚴(yán)重。