增加AC－DC电源掉电保持时间的简单方法

2018-11-30 17:17:36

1783 电源 PWM 变换器

　　引言
　　ACDC开关电源有一项重要的技术参数——掉电保持时间，指从AC掉电到输出电压下降到精度范围（通常是-2%）之外的时间差⊿t，如图1所示。通俗地讲，就是开关电源在没有输入后，输出还能撑多久。
　　很多情况下，系统在检测到AC掉电后，需要对数据进行保存、传输，对执行器的状态进行设置等等。因此，在AC掉电后，开关电源还需要能持续给系统提供电源一段时间，以保证系统可靠关闭。另外，在有UPS的系统中，从市电切换到UPS供电的过程中，也需要开关电源能维持正常输出。

　　图1 掉电保持时间示意图

　　1 掉电保持时间的决定因素
　　常规ACDC开关电源原理框图如图2所示，AC输入经过整流滤波后，变成一个直流电压（有一定的纹波电压），再通过DCDC变换器转换成我们所需要的电压输出。控制威廉希尔官方网站可根据输入电压和输出负载来调整占空比（PWM模式）以实现稳定的电压输出。在AC输入掉电后，由输入滤波电容存储的能量给输出供电，在这个过程中，滤波电容电压逐渐下降，控制威廉希尔官方网站通过调整占空比依然可以实现额定的输出电压，直到电容电压下降到控制威廉希尔官方网站能调整的范围之外时，输出电压开始下降。

　　图2 ACDC开关电源原理框图

　　我们通过举例来说明决定掉电保持时间的因素。假设一款Vo=5V、Po=20W、效率为η=0.78的产品，DC-DC部分可正常工作的最低电压Vin_min=100V，电源内部输入滤波电容Cin=47uF。假设标称220Vac输入整流滤波后的电压为直流电压（实际有一定纹波），其值Vin_nor=308V，根据能量守恒有下式：
　　0.5*Cin*（Vin_mor2-Vin_min2）=⊿t*Po/η……（1）
　　代入数值可得：⊿t=77.9ms。
　　从上式可以看到，⊿t与输入电容、AC输入电压、产品效率成正比，而与输出功率、DC-DC部分最低工作电压成反比。
　　在实际的工程环境中，输入电压是固定的。对某一款具体的AC-DC电源产品来说，内部输入滤波电容Cin、DC-DC部分最低工作电压Vin_min、效率η都已无法改变，所以，电源本身的掉电保持时间无法改变。通过外围调整，也无法改变产品的Vin_min和η，唯一能调整的是在电源前端再接一级整流滤波，外接的滤波电容与电源内部的输入滤波电容是并联关系，等效增加了Cin，增加了掉电保持时间。
　　如果电源前端加的滤波电容取100uF/400V，则掉电保持时间在之前的基础上增加165.7ms。如果电源工作在半载条件，则掉电保持时间可以再增加一倍，如表1所示。

　　表1 掉电保持时间与输入电容、负载关系表

　　2 输出电容对掉电保持时间的影响
　　在上述条件下，我们再计算一下通过增加输出电容Co来延长掉电保持时间的效果。假设：输出电压精度是±2%，则输出电压下限Vo1=4.9V、Co=40000uF，则有：
　　0.5*Co*（Vo2-Vo12）=⊿t1*Po……（2）
　　代入数值可得：⊿t1=1ms。
　　我们发现，输出40000uF的电容延长掉电保持时间仅有1ms！由此可见增加输出电容对掉电保持时间的影响微乎其微。
　　3 推荐外围威廉希尔官方网站
　　如图3所示，外围威廉希尔官方网站的输入端接市电，输出可等效为直流电源，接在ACDC开关电源的L、N上。C1要根据实际负载、输入电压以及所需要的保持时间来确定，没有明确的推荐值。由于增加了C1，开机冲击电流会增大，R1可以用来减小该冲击电流，可以选择3W的绕线电阻，阻值大致在2~7.5欧姆之间。对于D1，可以选1000V、电流在1.5A及以上的整流桥，另外整流桥能承受的冲击电流（规格书中有说明）应大于实际威廉希尔官方网站中的冲击电流。

　　图3 外围推荐威廉希尔官方网站

　　4 试验结果与分析
　　为验证理论分析和计算的正确性，选取MORNSUN的LH25-10B05来进行测试。在输入电压220Vac，负载4A的条件下，LH25-10B05的掉电保持时间为76.8ms，波形如图5所示；按推荐威廉希尔官方网站外接100uF/400V输入滤波电容后，电源的掉电保持时间增加到249ms，波形如图6所示。试验结果与理论计算结果吻合。
　　5 结语
　　本文理论分析了开关电源掉电过程，推导出了掉电保持时间的计算公式；根据公式找到了通过外接威廉希尔官方网站来增加掉电保持时间的途径。通过实际测试，验证了理论计算的正确性。该方法实施简单，对增加掉电保持时间效果显著，具有很强的工程指导意义。