自激式电源适配器的工作原理

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自激式电源适配器的工作原理

自激式电源适配器利用调整管、变压器辅助绕组构成正反馈通路，实现自激振荡，再借助反馈信号稳定电压输出。由于调整管兼作振荡管，所以无须专设振荡器，故所用的元器件较少，电路简单，成本低，在一定程度上简化了电路。由于自激式电源适配器经济实用，目前仍有较多的电子设备采用自激式电源适配器，如手机充电器、打印机、自动化仪器仪表、电视机和显示器等。

电源适配器厂家玖琪实业为大家讲述变压器耦合型自激式电源适配器基本电路的构成、原理和特征波形，在此基础上，以几种电子设备的实例电路为载体，结合关键点的电压或波形，一一解析它们的工作原理，希望引领读者进入电源适配器的万千世界。

自激式电源适配器的工作原理

现在所有由市电供电的AC-DC设备几乎全部采用变压器耦合型电源适配器，也称为隔离型电源适配器(2)。功率管周期性通、断，控制开关变压器一次绕组存储输入电源的能量，通过二次绕组进行能量释放。显然，电源适配器的输入与输出是通过变压器的磁耦合传递能量的。由于变压器绕组之间是绝缘的，因此一、二次绕组完全隔离，即“热地”和“冷地”是绝缘的，且绝缘电阻和抗电强度均可达到很高，这一特点对用电安全尤为重要。

1．自激式电源适配器的定义
开关管的激励脉冲是由变压器辅助绕组与开关管构成的正反馈环路自激振荡产生的，被称为自激式电源适配器。由于自激式电源适配器的调整管兼作振荡管，因此无须专设振荡器。除非特别说明，本书讲述的自激式电源适配器均是指自激式变压器耦合型电源适配器。下面就介绍这方面的知识。

2．自激式电源适配器的特点
①自激式电源适配器的结构简单，生产制造成本低廉。
②自激式电源适配器的脉冲信号是自激振荡产生的，是一种非固定频率的转换电路，随输入电压和负载的变化而变化，轻载时开关频率较高或间歇振荡，满载时频率会自动降低。
③自激式电源适配器在占空比D发生改变时，开关管的IC与UCE相对值发生变化，因此D变化范围较小，一般小于50％。
④自激式电源适配器具备一定的自保护功能，一旦负载过重，必然破坏反馈条件，振荡将因损耗过大而减少或间歇振荡，因此保护电路比较简单，这是自激式电源适配器的一大优点。
⑤自激式电源适配器的电流峰值高、纹波电流大，由于工作频率随输入电压和负载电流的变化而变化，在高功率、大电流工作时稳定性差，故仅适宜60W以下的小功率场合。由于许多办公设备、手机充电器和仪器仪表等都在这个功率范围之下，故自激式电源适配器的使用相当普遍。

自激式电源适配器的工作原理
图为自激式电源适配器的基本电路。UI是输入交流电压经整流的直流电压；CI是整流电压的滤波电容；是功率开关管VT的启动电阻；RB、CB与变压器辅助绕组构成VT的振荡电路；T是开关变压器，一次绕组用于储能及一、二次绕组之间的能量耦合，辅助绕组产生正反馈信号；整流二极管VD和电解电容CO组成整流滤波电路，输出平滑的直流电压UO给负载RL供电。

初始上电时，电阻给VT提供启动电流开始导通。VT一旦导通，变压器T一次绕组因有电流流过而发生自感，自感电动势（或自感电压）U1的方向为“上正下负”，阻止电流的增大；另一方面，一次绕组与二次绕组、辅助绕组发生互感。根据变压器T同名端符号（圆黑点）可知，二次绕组感应动势U2的方向为“上负下正”，二极管VD反偏截止；辅助绕组感应动势UA的方向也为“上正下负”，加速VT导通。
当VT趋向于截止时，一次绕组因电流减小而发生自感，同时，一次绕组与二次绕组、辅助绕组发生互感。所有绕组的电压极性反转，一次绕组自感电动势的方向阻止电流的减小（此时一次绕组自感电动势U1与电源电压UI顺向叠加），二次绕组感应电动势的方向使二极管VD正偏，辅助绕组感应电动势UA的方向加速VT截止。
关键节点电压和支路电流波形如图3-2所示。在VT导通（tON）期间，变压器T一次绕组从电源电压UI蓄积能量；在VT截止（tOFF）期间，变压器T蓄积的能量释放给负载。在VT从导通到截止转换瞬间，变压器一、二次绕组依次出现峰值电流I1P、I2P(3)（见图（a）、（b））。一、二次绕组均为脉冲电压，且相位相反（见图（c）、（d））。UF为整流二极管导通压降，U2的正脉冲等于输出直流UO与UF的叠加。

tOFF结束时，变压器一次绕组感应电动势自由振荡返回到零。VT基极连接的辅助绕组也称正反馈绕组，因变压器互感产生正反馈信号控制功率管VT通、断，即所谓自激振荡。
由上述工作原理可知，自激式电源适配器是以功率管和变压器为主要元件组成的开关转换电路，通过功率管周期性通、断，将输入的直流电压变成脉冲电压，经变压器由一次耦合到二次，再经二极管整流与电容滤波供给负载。在这种电路中，由于功率管起着开关及振荡的双重作用，省去了控制电路，所以电路比较简单。
图为自激式电源适配器的分时等效电路。L1、L2分别为一、二次绕组的电感。图（a）为tON期间开关管VT导通，T一次绕组两端所加电压为UI；tON即将结束时，一次绕组的电流达到峰值，即

式中，L1为一次绕组的电感量，电位为亨（H）。

这期间，变压器T一次绕组从直流电源UI吸收能量为；整流二极管VD中无电流，故变压器一、二次绕组无相互作用。二次侧滤波电容CO单独放电、电压降低，供给负载输出电流iO。CO的选择应保证在提供负载电流的同时能满足输出电压的纹波和压降的要求。
图（b）为tOFF期间开关管VT截止，T一次绕组没有电流，故图中未画出。这期间，一次绕组吸收的能量转移到二次侧，整流二极管VD导通，一边给电容CO充电、电压升高，一边给负载供电，变压器释能、电感消磁。
tON向tOFF转化瞬间，一次与二次的安匝比守恒(5)，而不是像真正的变压器一样，电压比守恒。因此，若变压器一次侧的能量全部转移到二次侧，则