该适配器是一种RCC型开关电源,可以取代工频变压器和整流滤波器。其输入电压为220V市电,输出电压为4.5~12V(设计时设定),输出电压4.5V时,最大负载电流可达0.8A,可用于3V、4.5V、6V的收音机、磁带随身听和便携式CD机等。
亦可作为充电器,充电状态时输出电压可高于设定电压1V左右。如供电电压为4.5V、充电电压为5.2V,以便对机内可充电电池充电。该适配器体积仅为5×3.5×2cm、重量小于25克,外出旅游时携带十分方便。
该适配器电路设计突出高可靠性,体积虽小,过流、过压保护一应俱全。即使意外损坏,输出电压只降低或为零,绝不会损坏负载。其电路如下图所示。
本电路属RCC型开关电源、采用非周期性的阻塞振荡电路,广泛用于50W以下的电源中。其自激振荡过程受输入电压和负载电流的控制进行非周期的阻塞振荡。电路中开关管Ql和脉冲变压器T组成常见的自激间歇振荡器。Rl为启动电阻,R2、C2为正反馈定时元件,Dl为C2的放电通路以使电路维持振荡。
振荡状态中变换器以单端自激式进行能量转换,即Ql导通时T存储能量向次级提供负载电流。与普通单端反激式开关电源的区别是,由D4、D3、Q2构成稳压控制系统,Q2是驱动脉冲控制管,其接法虽与普通脉宽调制器相同,但其工作状态不同。普通开关电源的脉宽调制器工作在线性区,其导通电流构成对正反馈脉冲的分流,因而可连续改变开关管的脉冲宽度。RCC型开关电源中Q2基极受控于稳压管D3,因而它只有饱和与截止两种工作状态。当市电输入电压升高时,T存储能量增大,其各绕组感应电压升高。当负载电流减小时,T磁能释放相对变慢,其各绕组感应电压也升高。T绕组3-4输出脉冲电压经D2整流、C4滤波的负电压升高,使稳压管D3齐纳击穿、Q2饱和导通、Ql停振。此过程中,T向负载释放存储能量,各绕组脉冲电压逐步下降。当D2的整流电压下降到小于D3齐纳电压时,D3、Q2都截止,Ql重新起振向T存储能量。该电路通过这种间断的工作状态,使输出电压保持稳定。
很明显,RCC型开关电源对负载电流的变动有极佳的适应性。但如果设计不当,其开/停比过小,会使其输出纹波增大。
为提高可靠性,该电源的输入电路采用电容降压方式,其优点是:对开关管导通电流有极好的限制作用,不会发生因负载过流而击穿开关管。因为C0的容量为1μF,即使负载短路,市电输入电路只能提供62mA的电流(指220V/50Hz,Cl为lμF时)。实际上,开关管导通电流平均值为36mA时,Cl两端电压只有75V,开关管电流增大接近60mA时此电压趋于OVo由于CO的限制作用,开关管Ql的饱和导通电流也被限制在60mA以下饱和指开关管进入IC>hFE.lb的相对饱和状态,而非其特定管型最大饱和Ic)。
因此,该电源一旦设计完成,其最大输出功率被C0所限定。
制作和调整
为了保证该适配器制作,关键器件的选择极为重要。首先降压电容必须选用lμF/630V的金属化聚脂电容器,或用CBB63C型聚丙烯电容,其交流耐压可达350V。若购用的此类电容无厂标、无型号,应在交流220V电压下串联接入灯泡进行24小时老化,利用其自愈功能将耐压差的部分极板熔去也可以长期使用。其次,Ql应选用BUT11A(实验证明,MJE13003也可用)。Q2可选用8550,Dl、D2、D4、D5选用IN4148,D3为3.3V稳压管。脉冲变压器需自制,用外型尺寸2×1.8cm、中心柱截面积为5×5平方毫米的双E型铁氧体磁芯,绕制方法见下图。绕制中应注意图1所注的同名端,在次级绕组5-6两侧垫入两层0.05mm聚脂薄膜,以防止冷、热地之间击穿。按图2匝数绕好后在磁芯中心柱之间垫入二层牛皮纸,加压粘牢。图注数据,输出电压由R2设定为7.8~12V,可根据需要决定。
按图接好检查无误后,在负载端接入300~500mA的负载龟流,电阻值由设定输出电压计算:R=Uo(V)/0.4A(Ω)。然后,在47~82Ω范围内变动R2,使Uo≥4.5V。如需要6V,可将D4用两只IN4148串联接入,再微调R2使输出电压准确。若不接入D4,可将稳压管D3由3.3V改用3.6V~5.1V,以粗调输出电压。
最后,接人受开关控制的D5(一只或两只IN4148),S断开时电压会升高1V左右,以作为与Uo相同电池的充电。调试中可能出现输出电压和负载电流互相牵制现象,两者之一不能达到需要值,这是因为C0的限制作用引起。可在56kΩ左右选择R0,使输入电流大于63mA。
上述T的圈数比适用于输出电压4.5~6V的适配器,若要达到输出12V,绕组5-6的圈数应为36匝,12V时负载电流应≤300mA。该电源调试合理时,Ql的平均Ic≤40mA,市电整流输出电压为75V,因此,Ql不用加散热器。如果输出电压低于7.5V,说明调试中R2选择过小,或D3、D4两端电压过高,可取掉D4,或减小稳压管的稳压值。
该电源的元件极少,非大量组装,用不着印刷板,可用多孔实验板,在板背后连线组装。