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笔记本电脑电源适配器轻型化方案

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笔记本电脑电源适配器轻型化方案

现阶段主要包含两种电源分类:线性电源和开关电源。
对于线性电源来说 ,其内部电容及其变压器的大小和AC市电的工作频率成反比,因为目前一直采用的是50-60Hz工作频率的AC市电,因此 其变压器及其电容的体积通常都相对有点大。
综上所述,个人PC端消费者并不宜用线性电源。
开关电源能够利用高频开关模式有效的化解这个问题。对于高频开关电源来说 ,AC输入电压能够在进入变压器之前升压。伴随着输入电压的升高,变压器及其电容等元器件的体积就不用像线性电源那么的大。
受益于硅元器件封装不断的完善,开关工作频率已经推到了兆赫兹级别,被动元件的体积不断减小,变换器提高了功率密度,但是高开关工作频率带来的高开关损耗、高磁芯损耗使得整个系统损耗大幅增加。
2处理办法
VHF是VeryHighFrequency的缩写,即甚高频。在电源领域是指频大于10Mhz的电子硅元器件开关。
甚高频开关的特点是很明显的,电源适配器的规格,重量和成本是取决于被动元件。动态开关工作频率控制是最好的处理办法。在30Mhz工作频率下,功率在100瓦级的电源适配器采用的电感和电容在100nH和100pF范围。在这个量级,会采用小型、空气电感和变压器。
这样的变化对电源成本和生产有非常大的优势。
因此 ,采用甚高频开关是减小电源适配器重量的一种可靠的出路,开关工作频率在30Mhz-100Mhz。这个工作频率是现有高频开关工作频率的1000倍然而,伴随着开关工作频率的大幅提高,功率密度也是被特定因素制约的.
2.1开关损耗
开关管工作状态有两种:断开状态和导通状态。断开状态时,流过开关的电流为0,虽然开关两端电压不为0,但P=UI=0,因此 不消耗功率。导通状态时,开关上流过电流,但开关两端电压为0,同样P=UI=0。实际上开关元器件开关时总有一个过渡状态,会导致开关损耗。而且开关损耗与开关工作频率成正比。
开关损耗包含导通损耗和截止损耗。导通损耗发生的因素:导通瞬间开关元器件电压的不能马上降为0,而电流从0已上升,所以在开关管上发生电流电压变换状况,而发生损耗电压不能马上降为0的因素是开关元器件上有寄生电容,电容上电压不能突变,即不能马上降为0,从而发生功率损耗。在导通过程中,寄生电容的储能利用开关元器件放掉而损失。截止损耗发生的因素:结束瞬间开关器件电流无法立刻降至0,而电压已经从0上升,在开关器件上造成电压电流交替状况。电流无法立刻为0的原因是,与开关器件连接的电路中有寄生电感,阻碍电流变化。并且逆变电路中变压器是电感元件,当开关突然关断时,变压器电感元件电流无法突变,并会造成很大的反激电压,阻碍电流变化,通过电路加在开关管上,造成比较大的损耗。提高开关速度不但无法消除损耗,相反会使反激电压越大,损耗更大。
2.2磁材损耗
磁材损耗是和开关频率的k次方成正比的。磁材是限制频率关键因素,外加上磁性元件一般能承受的温升也就50到60摄氏度。
磁材损耗是磁芯材质内交替磁场引致的结果。某一种材质所造成的损耗,是操作频率与总磁通摆幅(ΔB)的函数。磁芯损耗是由磁芯材质的磁滞、涡流和剩余损耗引起的。
2.3其他限制因素
EMI和干扰、系统散热、电容和电感的寄生效应等。
3高频电源电源适配器的制约因素的解决办法
3.1开关损耗
使用高集成的新型硅芯片(比如:美国麻省理工的FINsix团队研发的VHF开关)。
3.2磁材损耗
通过使用空磁芯变压器线圈解决磁材损耗。
3.3EMI和干扰
通过布线设计和开关工作频率选择(EMI仿真图上选择转择点座位最佳开关工作频率)。
3.4系统散热
采用MetalcorePCB技术,热阻一般为4℃/W。另一种叫DCB的技术,用陶瓷基板散热,器件从陶瓷上表面到下表面的热阻基本为0.4℃/W。
4具体应用结果与效益
以目前市面 主流PC品牌厂家的电源适配器举例,某高频电源适配器电源的净重分别是(惠普)Probook5310m的15%和(惠普)Paviliondv6的12%。

以每一个包装运输单位(80~90台笔记本电脑)估算,每一个包装单位能够增加20台笔记本电脑,如图1。

主流笔记本电源适配器重量对比


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| 发布时间:2020.12.17    来源:
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