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AC-DC电源适配器-这些年你不知道的行业标准
发表于:2018-11-28

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,茂捷产品.png

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。

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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

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电源适配器的优点

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,是线性稳压电源适配器的1000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。

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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。

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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。

AC-DC电源适配器要求具备的几种保护特性:

 (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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电源适配器在不同的安规标准中,如影音类、资讯类、家电类、医疗类、LED驱动电源类等。安规标准中,电源适配器AC插头按照欧规、澳规、英规。电源适配器插脚按照Class 1和Class 2等等不同都有相应的要求和规范。
一、安规标准
影音类电源标准:IEC/EN 60065          资讯类电源标准:IEC/EN 60950
家电类电源标准:IEC/EN 60335          医疗类电源标准:IEC/EN 60601
LED驱动电源标准:IEC/EN 61347
二、AC插头标准
一般要求: IEC 60884-1             欧洲插头: EN 50075
澳洲插头: Annex J of AS/NZS 3112 英国插头: BS 1363
三、插脚标准
Class 1类电源为(3pin AC插座) Class 2类电源为(2pin AC插座)
Class 1类电源漏电流为0.75mA(Max)
Class 2类电源漏电流为0.25mA(Max)
Class 1类电源高电压测试为1500VAC 60SEC 10mA
Class 2类电源高电压测试为3000VAC 60SEC 10mA
Class 1类电源铭板无“回”双绝缘符号
Class 2类电源铭板有“回”双绝缘符号
Class 1类电源保护接地电阻测试有要求
Class 2类电源保护接地电阻测试无要求

四、塑料外壳的耐热/防火要求微42222.png
塑料外壳热应力测试: 正常工作状态下的最高温度+10 oC,不低于70 oC (60065/60950)
塑料外壳球压测试: 正常工作状态下的最高温度+15 oC,不低于70 oC (61558)
支撑带电体的塑料球压测试: 125 oC (61558/60950)
塑料外壳防火等级: V-1 (60950)
塑料外壳炙热丝测试: 650 oC (61558)
Limited Power Source Test (仅60950)
通过与否不影响认证
通过此测试者可使用HB 等级之塑料外壳
五、塑料外壳阻燃等级
HB:最低阻燃等级,对3-13mm的样品,燃烧速度< 40mm/min对< 3mm的样品,燃烧速度< 70mm/min,或在100mm标志前熄灭
V2:对样品进行2次10s燃烧测试后,余焰在60s内熄灭,滴落的微粒点燃棉花
V1:对样品进行2次10s燃烧测试后,余焰在60s内熄灭,滴落的微粒不可点燃棉花
V0:对样品进行2次10s燃烧测试后,余焰在30s内熄灭,滴落的微粒不可点燃棉花
5VB:对样品进行2次5s燃烧测试后,余焰在60s内熄灭,滴落的微粒不可点燃棉花,对块状样品允许被烧穿
5VA:对样品进行2次5s燃烧测试后,余焰在30s内熄灭,滴落的微粒不可点燃棉花,对块状样品不允许被烧穿
六、防水防尘等级
IP等级的标识格式为IPXX,其中XX为两个阿拉伯数字,第一个数字表示防尘;第二个数字由表示防水,数字越大表示其防护等级越高。
七、防尘等级
0 无防护 无特殊的防护
1 防止大于50mm之物体侵入 防止人体因不慎碰到灯具内部零件防止直径大于50mm之物体侵入
2 防止大于12mm之物体侵入 防止手指碰到灯具内部零件
3 防止大于2.5mm之物全侵入 防止直径大于2.5mm的工具,电线或物体侵入
4 防止大于1.0mm之物体侵入 防止直径大于1.0的蚊蝇、昆虫或物体侵入
5 防尘无法完全防止灰尘侵入,但侵入灰尘量不会影响灯具正常运作
6 防尘 完全防止灰尘侵入
八、防水等级
0 无防护 无特殊的防护
1 防止滴水侵入 防止垂直滴下之水滴
2 倾斜15度时仍防止滴水侵入 当灯具倾斜15度时,仍可防止滴水
3 防止喷射的水侵入防止雨水、或垂直入夹角小于50度方向所喷射之水
4 防止飞溅的水侵入防止各方向飞溅而来的水侵入
5 防止大浪的水侵入防止大浪或喷水孔急速喷出的水侵入
6 防止大浪的水侵入灯具侵入水中在一定时间或水压的条件下,仍可确保灯具正常运作
7 防止侵水的水侵入灯具无期限的沉没水中在一定水压的条件下,及可确保灯具正常运作
8 防止沉没的影响
在非特殊要求的行业对于电源适配器一般在安规标准,AC插头标准,AC插脚标准,高压测试标准,塑胶外壳的耐热/防火要求上有要求.电源适配器一般为室内使用在防水防尘方面没有苛刻的要求,只有户外电源才会在防水防尘上面有特殊要求。

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