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流电源适配器的技术革新与发展

来源:美端电气   发布时间:2019-03-07 12:57

流电源适配器的技术(Technology)革新与发展

交流电源适配器的技术革新与发展
Technological Research and Development of AC Power Supply Adapter
1 用于日常生活的多种交流电源适配器
平时经常插接于壁式插座上的交流电源适配器有7只。用于传真电话,MO驱动器、数据吸入器、手机、便携式DAT及充电式小型吸尘器等。而搁置待用的交流电源适配器尚有10只以上。
大多数交流电源(power supply)适配器还兼作内置于便携式电器的可充电池的充电器用,诸如:C
  D、M
  D、DC
  C、录像机、数码相机、数字式示波器及笔记本电脑等电器所专用,且几乎都作为附件随机购入。(照片1)
各种电子类产品(Product)所需的功率、电压(voltage)不一样,故所附设的交流电源适配器也随机而异,很少有同一型号的交流电源适配器可用于不同的电子类设备。电子设备及交流电源适配器的都单独标有额定电压、电流(Electron flow)值,但是若交流电源适配器的数量一多之后,就难以搞清其适配的电子设备是那一个。本文就交流电源适配器的作用,结构(Structure)及现状等问题作一介绍。
2 交流电源适配器的作用
2.1 作电子类产品的主电源
经常接插于交流电源上供使用的交流适配器,原来应该是被设于电子设备内部的电源电路(1)。而现在可见到在身边使用的传真电话、MO驱动器(奥林匹斯)、数据吸入器(索尼PDF-V55)等电子设备的电源电路均为外设的。
2.2 用作内设于便携式电器的可充电电池的充电器
交流电源适配器不仅可对已放完电的可充电电池进行充电,在充电时还可同时使电子设备(shèbèi)工作。类似不停电电源装置(device)(UPS):
3 交流电源适配器的结构
交流电源适配器以工频的交流电源为输入、输出为由功能电路(Electric circuit)所确定的直流电压。为使电子设备与交流电源绝缘隔离,内设变压器。工频交流电网电压直接输入变压器的初级,经变压(一般为降压)后,变压器次级输出所需的二次电压(以下简称变压器方式),为小型电子设备广泛采用。
在驱动小型充电式吸尘器等内部的直流马达时,只须提供经变压器变压和二极管整流后的脉动直流电压即可。变比测试仪厂家用大屏幕液晶汉字显示、菜单操作,界面清晰,变比组别可一次测完。变比测试仪是电力工业部门的理想测试仪器用于对输出电压有精度要求的电子设备上的交流电源适配器,内部通常装有滤波电容,用以抑制脉动电流,输出较为平滑的直流也有用于各种输入、输出电压的通用型交流电源适配器。中国制造的MW3805型AC电源适配器,内部变压器初级线圈有抽头供切换,可用于100~120V或200~220V电压的电源,还可通过切换变压器次级抽头输出1.5、3、4.5、6、7.5、9、12V电压供选用。
开关电源方式的交流电源适配器,将工频交流整流成直流经高频斩波得到所需输出。开关电源选用的斩波频率高,可减小变压器(Transformer)及滤波电容的体积,但功率半导体元件的开关损耗增加。经测试常用的交流电源适配器的高频斩波频率为25k~330kHz。
4 实测交流电源适配器
取变压器方式及新旧开关方式电源(power supply)适配器各一台,实测它们的电压调整率。3为线绕电阻负荷上的输出电流(Electron flow)、输出电压及输出电压的波动值。2000年产的笔记本电脑用开关方式电源适配器输出为19.5
  V、3A。1990年产用于放像投影机的开关电源方式适配器的输出为6
  V、4A。前者输出功率大而体积比后者小,电压调整率前者优于后者。输出电压脉动值在输出电源同为3A时分别为4.5mv,1.5mv,脉动值分别与各自的额定输出电压相比,两者比值几乎相同,由此可看出10年以来的技术进步。
4所示为2000年的开关电源方式适配器的输入电压(voltage),输入电流及频率(frequency)为100kHz~30MHz时的噪声电压。因是低输入功率因数型,没有消除高次谐波的措施。由于不是在屏蔽室内的噪声测定,数据仅供参考,相对于500kHz~30MHz时噪声限定值约有20db的余度。1990年产开关电源适配器的输入电压、输入电流波形及500KHz~30MHz的噪声电压值也相同。
变压器方式的交流电源适配器用于1990年产的小型充电式吸尘器,电压调整率比开关式差,负荷轻时输出电压为8V,比额定电压6V要高出30%。由于放像投影机用的1990年产开关方式交流电源适配器上市晚,曾用变压器式替代,结果短时间内就损坏了放像投影机本体。

5所示为变压(气压变量)器方式交流电源(power supply)适配器的输入电压及输入电流的波形。变压器次级中心抽头,输出经全波整流成脉动直流,无高频带来的噪声问题。变压器有漏感,电流相位延迟45°。但是,输入电压与输入电流波形大致相同,噪声电压(相对于4)几乎为0。
大多数高性能电子设备内装有滤波电容,用以抑制电压脉动,使之呈平滑的直流工作。6是中国产变压器方式通用交流电源适配器MW3805的电压调整率及输出的脉动电压特性。在变压器初级的100~120V抽头档输入交流100V时,用可调负载逐一加载于变压器次级各抽头档作测试,在输出电流(Electron flow)为500mA额定值(rated value)时,所有抽头档的输出电压均不能达到额定值。通用型使用方便,但不能得到像电池的电压值那样的额定输出电压。
5 测量待机电流
近年来,节能是重要政策。变压器变比测试仪是以单片机为核心进行测量计算和自动控制,全中文菜单操作界面,具有显示直观、稳定性好、精度高、测量范围宽且现场不需三相电源等优点的新一代智能化变比测试仪器。诸如遥控器与计时器等为保持连续运行需消耗电能。要求待机功耗占全部功耗的10%,据日本节能中心资料:1998年度微电脑的待机功率为3.5
  W、录音电话及手机的待机功耗分别为4.7
  W、2.5W(均为平均值)。
7为经实测的各种交流电源适配器的待机电流(不是功率)。其纵轴为Istand by(待机电流),横轴为额定输出Vout×Iout,Istand by是所测定的各类交流电源适配器尚未接通电子设备时的交流电源回路上的电流。开关方式的Istand by是变压器方式的1/2~1/3。变压器方式的变压器初级常接于交流电源回路,励磁电流与漏抗成反比,磁芯的间隙大漏抗亦大,必需增加线圈(winding)匝数,结果磁芯的体积大且重。作为产品,变压器方式交流电源适配器的待机电流要受到限制。
从节能及小型轻量化来看,开关方式有明显的优越性,但在长期接入交流电源回路时,内部元器件特别是电解电容的寿命(lifetime)有所影响。可是在电子设备不工作时,输出电压的脉动电压值很低,流过电解电容的交流成分几乎可以忽略,电解液消耗(consume)少,不必顾虑长期接入时会减少其寿命。

6 今后的交流电源适配器
今后电子设备要求节能、节省资源。变压器变比测试仪是以单片机为核心进行测量计算和自动控制,全中文菜单操作界面,具有显示直观、稳定性好、精度高、测量范围宽且现场不需三相电源等优点的新一代智能化变比测试仪器。寿命(lifetime)长是实现节能、节省资源的一个条件。技术(Technology)飞速进步也影响着笔记本电脑等产品的寿命,有一段时期制造(zhì zào)商提出 ;产品寿命两年 ;的提议。在实现交流电源适配器的节能、节省资源时还应考虑标准化,使其能互换使用,实现通用化。
开关方式与变压(气压变量)器方式相比,电压(voltage)调整率特别好,并且待机功耗小,容量大,体积小,也容易设置异常保护用的电路。蕞近兼作锂电池充电的交流电源(power supply)适配器,采用新的复杂电路构成,性能高。开关方式可方便用于100~240V宽电压范围电源,避免因像变压器方式错接电源而引起的烧损事故。
用内设复杂电路的专用IC电路,可减小元器件数量,减少印刷电路板尺寸。8所示为集成电路IRIS4011(K)的流程框。可简单的构成输出60W,输入电压在85~265V范围内的通用电源。由于是谐振型电路,噪声小。MM1595型采用控制输入侧的方法,检测输出电压反馈(feedback)到输出侧进行控制,无负载电流时自动转为节能状态,待机功耗小于10mw。
电路结构正在模式化,输出规格及连接用接插件尚未完全标准化。尤其是与电子设备连接的接插件,仅因为电子设备的型式不同而不适用的事是常有的,甚至因同一型号交流电源(power supply)适配器上的连接用接插件不同而使人感到困惑。■
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