电源适配器功率电路的设计

本文电源适配器厂家玖琪实业重点阐述电源适配器主电路的设计方法｡首先从技术指标的分析入手然后按照工程设计中习惯的步骤阐述正激､半桥､全桥和反激电路的设计方法包括变压器､滤波器和开关元件的设计原则和设计公式｡最后对主电路结构设计和热设计进行了探讨｡

韩规电源适配器的主要技术指标及分析

电源适配器的设计应从深入分析待设计的电源的技术指标开始｡电源适配器技术指标指出了该电源的实际使用要求,设计工作应以满足技术指标的要求为目的｡

本节分析电源适配器的各项主要技术指标的含义及其同设计的关系｡

大功率电源适配器输入参数

输入人参数包括输入电压､交流或直流､湘相数､频率｣输入电流功率因数谐渡含量等｡

(1) 输入电压国内应用的民用交流电源电压三相为380V,单相为220V;出口到国外的电源需要参照出口国电压标准｡目前便携式设备的电源适配器流行采用国际通用电压范围,即单相交流85-265V,这一范围覆盖了全球各种民用电源标准所限定的电压,但对电源的设计提出了较高的要求｡

输入电压为直流时情况较复杂,从24~600V都有可能｡输入电压的指标通常包含额定值和变化围两方面内容｡输人电压范围的下限影响变压器设计时电压比的计算,而上限决定了主电路元件的电压入电压变化范围过宽使设计中必须留过大裕量而造成浪费,因此变化范围应在满足实际要求的前提下尽量小｡

(2)输入频率我国民用和工业用电的频率为50Hz,航空､航天及船舶用的电源经常采用交流400Hz输入,这时的输入电压通常为单相或三相115V｡中频电压整流后的脉动频率远高于工频,因此整流电路所连接的滤波电容可以减小很多｡

 (3)输入相数三相输入的情况下,整流后直流电压是单相输入时的约1.1倍,当电源适配器的功率小于3-5kW时,可以选单相输入,以降低主电路器件的电压等级,从而可以降低成本;当功率大于5kW时应选三相输入,以避免引起电网三相间的不平衡,同时也可以减小主电路中的电流以降低损耗｡

(4)输入电流输入电流指标通常包含额定输入电流和最大电流两项,是输入开关､接线端子､熔断器和整流桥等元器件的设计依据｡

(5)输入功率因数和谐波目前,对保护电网环境､降低谐波污染的要求越来越迫切,许多国家和地区都已出台相应的标准(IEC61000.3系列),对用电装置的输入谐波电流和功率因数做出较严格的规定,因此电源适配器的输入谐波电流和功率因数成为重要指标,也是设计中的一个重点｡但降低谐波电流和提高功率因数往往需要付出电路复杂程度增加､成本上升､可靠性下降的代价,因此应根据实际需要和有关标准制定指标｡目前,单相有源功率因数校正(PFC)技术已经基本成熟,附加的成本也较低,可以很容易地使输入功率因数达到0.99以上,输入总谐波电流小于5%｡三相PFC技术尚不尽人意,如果功率因数要求很高,如高于0.99,则需要采用复杂的6开关PWM整流电路,而且其成本很可能会高于后级DCDC变换器的成本;如果不能允许成本增加很多则只能采用单开关三相PFC技术,其功率因数通常只能达到0.95左右,而且具体电路还存在很多问题,或采用无源PFC技术,通常其功率因数只能达到09左右｡这是制定指标时必须考虑的｡

输出参数

输出参数包括输出功率､输出电压､输出电流､纹波､稳压精度､稳流精度､效率､输出特性等｡

(1) 输出电压通常给出额定值和调节范围两项内容｡输出电压上限关系到变压器设计中电压比的计算,过高的上限要求过大的设计裕量和额定特性变差,因此在满足实际要求的前提下,上限应尽量靠近额定点｡相比之下,下限的限制较宽松｡

(2) 输出电流通常给出额定值和一定条件下的过载倍数,有稳流要求的电源还会指定调节范围｡有的电源不允许空载,此时应指定电流下限｡

(3) 稳压稳流精度通常以正负误差带的形式给出｡影响电源稳压稳流精度的因素很多,主要有输入电压变化､输出负载变化､温度变化及器件老化等｡

通常精度可以分成3个项目考核:

①输入电压调整率;

②负载调整率;

③时效偏差｡

同精度密切相关的因素是基准源精度､检测元件精度､控制电路中运算放大器精度等｡

(4)电源的输出特性同应用领域的工艺要求有关,相互之间差别很大设计中必须根据输出特性的要求来确定主电路和控制电路的形式｡很多应用场合都对电源提出了恒压恒流的输出特性要求,见图｡具备这种特性的电源在负载电流未达到限流值时工作在恒压状态,随着负载的加重,电流达到限流值,输出电压开始下降,电源处于恒流工作状态｡

(5)纹波净水器电源适配器的输出电压纹波成分较为复杂,典型的电压纹波波形见图｡通常按频带可以分为3类:

1)高频噪声,即图中频率远高于开关频率的尖刺;

2)开关频率纹波,指开关频率附近的频率成分,即图中锯齿状成分;

3)低频纹波,频率低于∫的成分,即低频波动｡见图｡