電源適配器線性調整器的缺點

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電源適配器線性調整器的缺點

直到20世紀60年代初期，這種簡單的直流耦合串聯型線性調整器一直是數十億美元產值的電源適配器工業的主要產品。但是，這種電源適配器電路有以下缺陷。
·這種電源適配器只能降壓。
·5伏電源適配器的輸出與輸入之間有公共端，當輸入和輸出之間，或多路輸出之間需要直流隔離時，電路的設計會變得非常復雜。
·其初始直流輸入電壓（即圖1。1（a）中的V）一般由工頻變壓器次級整流獲得，而工頻變壓器的體積和重量限制了它的推廣應用。
·如1。2。3節所介紹的，這種電路的效率非常低，造成非常大的功率損耗，需要較大的散熱片。

電源適配器串接晶體管的功率損耗
線性調整器的主要缺點是串接晶體管存在過大功耗。所有的負載電流都必須通過串接晶體管，其功耗為（V-V）l。大多數情況下，串接NPN型晶體管的較小壓差（V。-V）為2。5V。假設整流濾波電容足夠大，可忽略紋波。若直流輸入電壓由工頻變壓器次級整流獲得，則次級匝數選擇應保證交流網壓較低時對應的次級整流電壓為（V。+2。5），此時Q1的損耗較小。
然而，當交流網壓較高時Q1的壓差將大很多，串接晶體管損耗嚴重，電源適配器效率明顯降低。由于25V較低壓差的存在，在額定輸出電壓較低時造成的損耗顯得更為嚴重。
以下15W電源適配器例子可以說明這一點。假設交流輸入電壓的波動范圍為±15%，以下列3臺線性調整器為例，
·輸出5v／10A
·輸出15V／10A
·輸出30V／10A

假設次級濾波電容足夠大，整流電壓紋波可忽略。次級整流獲得的直流電壓V的波動范圍與交流網壓波動范圍對應，均為±15%。若網壓輸入較低（-15%）時，變壓器次級電壓為（V+2。5），則網壓輸入較高（+15%）時，較大直流輸入電壓為1。35（V，+2。5）。調整器具體參數如下。

由上面的數據可知，電源適配器直流輸出電壓低時，調整器的效率比輸出電壓高時低很多。若不忽略輸入網壓紋波且容許網壓波動±15%，則5V輸出調整器的效率只有32%~35%。

線性調整器的效率與輸出電壓的關系
下面將分析效率在下列情況下的變化范圍：電源適配器輸出電壓值從5V到100V，并且電網電壓波動范圍從±5%~±15%，考慮實際紋波。

假設電源適配器較小壓差是2.5V，并保證在較小輸入網壓產生的輸入紋波的谷值處仍有25V的壓差，如圖1。1（b）所示。據此，可計算出不同輸入網壓波動范圍和不同輸出電壓下調整器的效率。
設輸入電壓為額定電壓的±7%，則工頻變壓器次級匝數的選擇應保證當輸入網壓較小時，紋波的谷值仍比預期的輸出電壓大2.5V（設較小壓差為2.5V）。
令電壓紋波的峰一峰值為V，。當網壓輸入較低時，輸入到晶體管的直流電壓（平均電壓）為

當網壓輸入較高時，輸入到晶體管的直流電壓為

網壓輸入較高時，輸入功率較大，較惡劣情況下的較大效率為

圖所示為紋波電壓峰一峰值為8V時，網壓波動高限、輸出電壓和效率的關系曲線。以后會提到，對于60Hz全波整流器，若選取每1A負載電流對應濾波電容值為1000uF，則紋波電壓峰一峰值為8V。

從圖可見，即使電源適配器輸出電壓為10V，對于典型的±10%網壓波動值，效率已低于50%。正是線性調整器的低效率和工頻變壓器笨重的缺陷促進了開關電源適配器的研制和開發。
當然，若能使初始直流電壓得到±5%左右的預調整（后面介紹的大部分拓撲都滿足這一點），而輸出又需要進一步穩壓，則應用線性調整器還是合理的。現在市場上有1。5A塑封集成線性調整器，價格約為50美分。也有3~5A價格稍貴金屬封裝的該類調整器，但內置串接晶體管的功耗很大，輸出5A或以上時的功耗更加嚴重。