流電源適配器的技術革新與發展
2023年01月01日 13:06:09
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流電源適配器的技術革新與發展
交流電源適配器的技術革新與發展
Technological Research and Development of AC Power Supply Adapter
1 用于日常生活的多種交流電源適配器
平時經常插接于壁式插座上的交流電源適配器有7只。用于電話，MO驅動器、數據吸入器、手機、便攜式DAT及充電式小型吸塵器等。而擱置待用的交流電源適配器尚有10只以上。
大多數交流電源適配器還兼作內置于便攜式電器的可充電池的充電器用，諸如：CD、MD、DCC、錄像機、數碼相機、數字式示波器及筆記本電腦等電器所專用，且幾乎都作為附件隨機購入。（照片1）
各種電子類產品所需的功率、電壓不一樣，故所附設的交流電源適配器也隨機而異，很少有同一型號的交流電源適配器可用于不同的電子類設備。電子設備及交流電源適配器的都單獨標有額定電壓、電流值，但是若交流電源適配器的數量一多之后，就難以搞清其適配的電子設備是那一個。本文就交流電源適配器的作用，結構及現狀等問題作一介紹。
2 交流電源適配器的作用
2.1 作電子類產品的主電源
經常接插于交流電源上供使用的交流適配器，原來應該是被設于電子設備內部的電源電路（圖1）。而現在可見到在身邊使用的電話、MO驅動器（奧林匹斯）、數據吸入器（索尼PDF-V55）等電子設備的電源電路均為外設的。
2.2 用作內設于便攜式電器的可充電電池的充電器
交流電源適配器不僅可對已放完電的可充電電池進行充電，在充電時還可同時使電子設備工作。類似不停電電源裝置（UPS）：
3 交流電源適配器的結構
交流電源適配器以工頻的交流電源為輸入、輸出為由功能電路所確定的直流電壓。為使電子設備與交流電源絕緣隔離，內設變壓器。工頻交流電網電壓直接輸入變壓器的初級，經變壓（一般為降壓）后，變壓器次級輸出所需的二次電壓（以下簡稱變壓器方式），為小型電子設備廣泛采用。
在驅動小型充電式吸塵器等內部的直流電機時，只須提供經變壓器變壓和二極管整流后的脈動直流電壓即可。用于對輸出電壓有精度要求的電子設備上的交流電源適配器，內部通常裝有濾波電容，用以抑制脈動電流，輸出較為平滑的直流也有用于各種輸入、輸出電壓的通用型交流電源適配器。中國制造的MW3805型AC電源適配器，內部變壓器初級線圈有抽頭供切換，可用于100～120V或200～220V電壓的電源，還可通過切換變壓器次級抽頭輸出1.5、3、4.5、6、7.5、9、12V電壓供選用。
開關電源方式的交流電源適配器，將工頻交流整流成直流經高頻斬波得到所需輸出。開關電源選用的斬波頻率高，可減小變壓器及濾波電容的體積，但功率半導體元件的開關損耗增加。經測試常用的交流電源適配器的高頻斬波頻率為25k～330kHz。
4 實測交流電源適配器
取變壓器方式及新舊開關方式電源適配器各一臺，實測它們的電壓調整率。圖3為線繞電阻負荷上的輸出電流、輸出電壓及輸出電壓的波動值。2000年產的筆記本電腦用開關方式電源適配器輸出為19.5V、3A。1990年產用于放像投影機的開關電源方式適配器的輸出為6V、4A。前者輸出功率大而體積比后者小，電壓調整率前者優于后者。輸出電壓脈動值在輸出電源同為3A時分別為4.5mv,1.5mv，脈動值分別與各自的額定輸出電壓相比，兩者比值幾乎相同，由此可看出10年以來的技術進步。
圖4所示為2000年的開關電源方式適配器的輸入電壓，輸入電流及頻率為100kHz～30MHz時的噪聲電壓。因是低輸入功率因數型，沒有消除高次諧波的措施。由于不是在屏蔽室內的噪聲測定，數據僅供參考，相對于500kHz～30MHz時噪聲限定值約有20db的余度。1990年產開關電源適配器的輸入電壓、輸入電流波形及500KHz～30MHz的噪聲電壓值也相同。
變壓器方式的交流電源適配器用于1990年產的小型充電式吸塵器，電壓調整率比開關式差，負荷輕時輸出電壓為8V，比額定電壓6V要高出30%。由于放像投影機用的1990年產開關方式交流電源適配器上市晚，曾用變壓器式替代，結果短時間內就損壞了放像投影機本體。
圖5所示為變壓器方式交流電源適配器的輸入電壓及輸入電流的波形。變壓器次級中心抽頭，輸出經全波整流成脈動直流，無高頻帶來的噪聲問題。變壓器有漏感，電流相位延遲45°。但是，輸入電壓與輸入電流波形大致相同，噪聲電壓（相對于圖4）幾乎為0。
大多數高性能電子設備內裝有濾波電容，用以抑制電壓脈動，使之呈平滑的直流工作。圖6是中國產變壓器方式通用交流電源適配器MW3805的電壓調整率及輸出的脈動電壓特性。在變壓器初級的100～120V抽頭檔輸入交流100V時，用可調負載逐一加載于變壓器次級各抽頭檔作測試，在輸出電流為500mA額定值時，所有抽頭檔的輸出電壓均不能達到額定值。通用型使用方便，但不能得到像電池的電壓值那樣的額定輸出電壓。
5 測量待機電流
近年來，節能是重要政策。諸如遙控器與計時器等為保持連續運行需消耗電能。要求待機功耗占全部功耗的10%，據日本節能中心資料：1998年度微電腦的待機功率為3.5W、錄音電話及手機的待機功耗分別為4.7W、2.5W（均為平均值）。
圖7為經實測的各種交流電源適配器的待機電流（不是功率）。其縱軸為Istａnd by（待機電流），橫軸為額定輸出Vout×Iout，Istａnd by是所測定的各類交流電源適配器尚未接通電子設備時的交流電源回路上的電流。開關方式的Istａnd by是變壓器方式的1/2～1/3。變壓器方式的變壓器初級常接于交流電源回路，勵磁電流與漏抗成反比，磁芯的間隙大漏抗亦大，必需增加線圈匝數，結果磁芯的體積大且重。作為產品，變壓器方式交流電源適配器的待機電流要受到限制。
從節能及小型輕量化來看，開關方式有明顯的*性，但在長期接入交流電源回路時，內部元器件特別是電解電容的壽命有所影響。可是在電子設備不工作時，輸出電壓的脈動電壓值很低，流過電解電容的交流成分幾乎可以忽略，電解液消耗少，不必顧慮長期接入時會減少其壽命。
6 今后的交流電源適配器
今后電子設備要求節能、節省資源。壽命長是實現節能、節省資源的一個條件。技術飛速進步也影響著筆記本電腦等產品的壽命，有一段時期制造商提出“產品壽命兩年”的提議。在實現交流電源適配器的節能、節省資源時還應考慮標準化，使其能互換使用，實現通用化。
開關方式與變壓器方式相比，電壓調整率特別好，并且待機功耗小，容量大，體積小，也容易設置異常保護用的電路。*近兼作鋰電池充電的交流電源適配器，采用新的復雜電路構成，性能高。開關方式可方便用于100～240V寬電壓范圍電源，避免因像變壓器方式錯接電源而引起的燒損事故。
用內設復雜電路的專用IC電路，可減小元器件數量，減少印刷電路板尺寸。圖8所示為集成電路IRIS4011（K）的流程框圖。可簡單的構成輸出60W，輸入電壓在85～265V范圍內的通用電源。由于是諧振型電路，噪聲小。MM1595型采用控制輸入側的方法，檢測輸出電壓反饋到輸出側進行控制，無負載電流時自動轉為節能狀態，待機功耗小于10mw。
電路結構正在模式化，輸出規格及連接用接插件尚未標準化。尤其是與電子設備連接的接插件，僅因為電子設備的型式不同而不適用的事是常有的，甚至因同一型號交流電源適配器上的連接用接插件不同而使人感到困惑。■
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