AC-DC电源适配器的行业标准你知道哪些

  电源适配器(Power adapter)是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备

  一般由外壳、变压器、电感、电容、控制IC、PCB板等元器件组成,它的工作原理由交流输入转换为直流输出;按连接方式可分为插墙式和桌面式。广泛配套于安防摄像头,机顶盒,路由器,灯条,按摩仪等设备中。

  AC/DC变换器是将交流变换为直流,其功率电流流向可以是双向的。功率电流流向负载的变换称为“整流”,功率电流由负载传输回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电,必须经整流滤波,相对来说体积较大的滤波电解电容器是必不可少的。同时,因遇到安全问题,如ULCCEE等标准及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA),交流输入则必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件,这样就限制了AC/DC电源的体积进一步小型化。另外,由于内部的高频高压大电流开关动作,使得解决EMC电磁兼容问题的难度加大,也就对内部高密度安装电路的设计提出了很高的要求由于同样的原因,高电压。大电流开关使得电源工作损耗增大,限制了AC/DC变换器模块化的进程。因此,必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。AC/DC变换器按电路的接线方式可分为半波电路和全波电路;按电路的控制特点可分为不可控、半控和全控三类;按电源相数可分为单相三相和多相;按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限和四象限

  1、体积小、重量轻。开关电源适配器没有采用笨重的工频变压器。由于开关MOS管上的耗散功率大幅度降低后,又省去了较大的散热片。由于这两方面原因,所以开关电源适配器的体积小,重量轻。

  2、功耗小、效率高。开关电源适配器电路中,开关MOS管在激励信号的激励下,它交替地工作在导通截止和截止导通的开关状态,转换速度很快,频率一般为50kHz以上,在一些先进的开关电源线路中,可以做到几百或者近兆Hz。这使得开关MOS管的功耗很小,电源的效率可以大幅度地提高,其效率可达到90%。

  3、滤波的效率大为提高,使滤波电容的容量和体积大为减少。开关电源适配器的工作频率目前基本上是工作在50kHz以上,是线倍以上,这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍;即使采用半波整流后加电容滤波,效率也提高了500倍。在相同的纹波输出电压下,采用开关电源时,滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/500~1/1000。

  4、稳压范围宽。开关电源适配器的输出电压是由激励信号的占空比来调节的,输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。这样,在工频电网电压变化较大时,它仍能够保证有较稳定的输出电压。所以开关电源适配器的稳压范围很宽,稳压效果很好。此外,改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点,而且实现稳压的方法也较多,设计人员可以根据实际应用的要求,灵活地选用各种类型的开关电源集成电路芯片方案。

  但伴随这 AC-DC电源适配器的不断发展,来自全球对电源器件的不断重视,使得AC-DC电源伴随用途的不断广发,其行业标着也是同行业中最高的。

  美国能源部(DoE)于2007年颁布的外部电源能效标准对空载功耗以及负载为额定负载电流25%至100%时的平均能效提出了一整套严格的要求。欧盟和全球其它国家也颁布了类似的标准,但DoE的标准是最严格的强制性标准。2014年2月,DoE更新了外部电源标准后,进一步严格规范了离线电源的能效和 空载功耗。通过限制电源的最大空载功耗,该标准迫使电源制造商降低电源空载时来自市电的输入电流。虽然在待机时限制控制电路的电流能够节省电能,但它也影响了电源从空载迅速过渡到满载的能力, 国际电源能效标准的限制日趋严格,电源控制器的性价比已逼近它们的极限。

  既要满足这些新标准的要求,同时又要提升性能和降低成本,这种挑战已迫使市场转向一些新的颠覆性技术。新的设计技术现在能够让AC/DC转换器在不牺牲其性能(尤其是负载瞬态响应时间)的情况下,满足严格的DC能效要求。新的电源能效标准对电源控制器提出的要求,如何在维持输出质量、以及不增加成本和复杂性的情况下提升性能的最新设计技术,通过限制电源的最大空载功耗,该标准迫使电源制造商降低电源空载时来自市电的输入电流。虽然在待机时限制控制电路的电流能够节省电能,但它也影响了电源从空载迅速过渡到满载的能力,负载瞬态响应时间 大信号响应时间和工作电流

  负载瞬态响应时间直接影响输出电压的质量;较快的响应速度有助于减少输出电压偏差,而且不必使用多余的输出电容器;较慢的响应速度则反之。使用低功耗控制器时,响应速度通常较慢,从而迫使电源不得不依赖外部组件来响应输出电流的变化。负载瞬态响应时间实际上是控制环路的大信号响应时间,整合了小信号稳定性和一些大信号因素,例如,控制电路能够迅速转换放大器和驱动器的输出。如果器件的转换速率较低,而且小信号带宽也较窄,输出响应负载变化的速度也较慢。

  (1)短路保护(SCP):必须能够承受输出持续短路而不会损坏。当故障消失时,适配器必须能够从保护模式下恢复,并重新提供额定功率。

  (2) 过压保护(OVP):在环路被破坏的情况下,如光耦合器损坏或TL431分压网络受到影响,适配器必须立即停止工作,并在用户重新启动适配器前保持在此状态。

  (3) 过温保护(OTP):如果适配器的温度超过某个温度值,适配器就存在损坏的风险。为了避免出现这种情况,就需要使用热传感器来持续监测温度,并在温度超过设计人员设定的限制值的情况下,适配器就持续关闭。当用户重新启动电源且温度下降时,适配器复位。

  (4) 过功率保护(OPP):对某些电源而言,重要的是在最坏条件下如负载消耗的电流过大,最大输出电流保持在受控状态,而不会实际出现短路,UE电源就做得到。

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