基于惠普筆記本電腦電源適配器的設計創新

劉 洋

（太原工業學院，山西 太原 030008）

0 引 言

開關電源的具體含義是利用現代電子技術控制開關的開關時間比，同時保持穩定輸出電壓的電源[1]。隨著現代電子技術的快速發展及相應架構的不斷升級和完善，開關電源也發生了較大的變化和發展。目前，具有小型、輕量型、穩定性高及便于攜帶等特點的開關電源，比較受人們的歡迎。此外，開關電源的這些特點使其被廣泛應用于較多電子設備。開關電源是當今社會發展必不可少的電力供應形式。

開關電源的未來發展必須是高頻、可靠性高、安全性好、能耗低、污染少及抗干擾能力強。目前，國外很多國家利用開關電源具有的特點不斷地發展新型的高智能元器件，在改造二次整流元器件的損耗上有著更專業的技術，并在功率鐵氧體材料上加大科技創新力度，用于增加高頻和大磁通密度，以獲得更高的磁性能。未來發展中，高頻率的開關電源必然會對傳統的PWM技術產生一定影響。

1 設計目的

實際項目中，HP電源適配器是將220 V的交流電壓通過一定方式轉變為19 V的直流電壓，轉變后輸出的電流為3 A。

2 系統要求

（1）開關電源在項目實施中主要電路的設計。

（2）開關電源控制電路的設計。

（3）主電路的原理圖及控制電路圖。

3 功能描述

（1）壓敏電阻。當電壓達到一定高度時，壓敏電阻值會做出快速調整，其值會變的無限小，在電路中串聯的保險絲會被迅速熔斷，電路中其他元器件保存完好。

（2）保險絲。挑選規格為2.5 A/250 V的保險絲。

（3）電感線圈。電感線圈主要用于降低電池干擾。

（4）整流橋。整流橋挑選規格為D3SB，主要作用是把220 V的交流電轉變直流電。

（5）濾波電容。濾波電容挑選規格為180 μF/400 V，主要作用是過濾掉直流電中的交流電波，確保電路更加安全可靠的工作。

（6）溫度探頭。溫度探頭是用來探測電源適配器的使用溫度。當電源適配器工作中的溫度達到一定溫度后，溫度探頭會自動切斷輸出電流，確保適配器中其他元器件完好。

（7）大功率開關管。大功率開關管在項目中是開關電源的重要部件，其作用是實現開關的控制。

（8）開關變壓器。開關變壓器是開關電源中所用的變壓器，是核心元件之一。

（9）次級整流管。次級整流管在項目中的主要作用是把低壓交流電轉變為低壓直流電。

（10）次級濾波電容。次級濾波電容挑選規格為820 μF/25 V。

4 系統設計方案

實際項目中，HP筆記本電源適配器就是一個直流開關穩壓電源，是把直流電壓通過一定方式轉變為另一種數值的直流電壓輸出的穩定電源，也就是所謂的DC-DC變換器。圖1為開關穩壓電源基本原理框架圖。

對于整流濾波，主要功能就是使一次整流部分整流后的電壓濾波成紋波電壓滿足條件的直流電壓[2]。關于濾波電容中的電容存儲量，無法從需要的紋波電壓值來判定，原因在于濾波電路中使用的電容并非簡單的電容，是合并了電阻電感的電容，因此從需要輸出的紋波電壓值來確定濾波電容的容量主要受溫度和頻率等影響。

5 開關電源主電路設計及參數計算

5.1 主電路的選型

項目設計中，主要電路是反激式開關電源基本電路，包括電磁干擾抑制電路、整流濾波電路、電源啟動和轉換、穩壓控制電路及輸出保護電路。該電路用于抑制開關電源在運行過程中產生的電磁干擾，并在輕負載條件下自動降低工作頻率，從而保護電壓的完整輸出[3]。圖2為反激式開關電源的基本電路。

圖1 開關穩壓電源基本原理框架圖

圖2 反激式開關電源基本電路

5.2 變壓器設計計算

變壓器的設計要求具體如下。

（1）電磁干擾需要降低，以獲取更小的繞組漏感。

（2）方便繞制，便于生產。

（3）方便散熱。

（4）傳輸功率要有一定的空余。

（5）當輸入電壓與占空比為最大值時，磁芯不會飽和。

（6）必須滿足初次繞組上的銅耗與鐵芯的鐵耗一致。

電源變壓器的設計步驟如下。

根據實際需要的電壓輸出情況來確定變壓器中的鐵芯的橫截面積，然后根據變壓器的橫截面積與繞組的電壓來確定繞組的圈數，最后根據繞組通過的電流確定包線的直徑。開關頻率為100 kHz，輸出源電壓為220 V/15%，輸出電壓為16 V，輸出電流為4 A，整流電路為全波整流，工作效率為80%，濾波電感為10 H，額定輸出功率為Pout=4 A×（16+0.5）=66 W。

6 開關電源控制電路的設計

6.1 控制電路的組成

脈沖寬度調制器是脈寬調制器的縮寫，在國際規范中用PWM來表示。計算機的主機及屏幕顯示器的開關電源，實際上是采用脈寬調制器來管控，測試過程中開關穩壓電源使用的脈寬調制器的型號不同，本文使用的是TL494[4]。

6.2 PWM集成控制器

PWM基本原理就是在電壓的輸入及輸出、內部參數及其他負載發生變化的情況下，

控制電路通過被控制信號與基準信號的差值進行閉環反饋，獲取的信息包含輸入輸出電壓、輸入輸出電流、輸出電感電壓及開關元器件峰值電流[4]。

6.3 控制電路的整體設計

圖3為控制電路的整體設計圖。

圖3 控制電路的整體設計

7 結 論

本文主要通過基于惠普筆記本電腦電源適配器電源的設計創新過程，闡述了設計要求、設計目的、系統設計方案、功能描述、開關電源控制電路的設計、主電路的選擇、變壓器設計及計算、開關電源的電路控制、控制電路的組成、PWM集成電路的控制及控制電路的整體設計內容。