解(jie)析增加(jia)AC-DC電源(yuan)掉電(dian)保持(chi)時間(jian)的簡單方(fang)法

ACDC開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)有項(xiang)重(zhong)要的(de)參數(shu)??掉電(dian)保持(chi)時間(jian)，指從AC掉電(dian)到輸(shu)出電壓(ya)下(xia)降(jiang)到範圍(wei)（通常(chang)是(shi)-2%）之外(wai)的時間(jian)差?t，如(ru)圖1所(suo)示。通(tong)俗(su)地講，就是開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)在(zai)沒有輸(shu)入(ru)後，輸出還能(neng)撐(cheng)多久(jiu)。

　　很多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)，系統(tong)在(zai)到AC掉電(dian)後，需(xu)要對(dui)數(shu)據進行(xing)保存、傳(chuan)輸，對(dui)執(zhi)行(xing)器(qi)的(de)狀(zhuang)態(tai)進行(xing)設置等等。因此(ci)，在(zai)AC掉電(dian)後，開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)還需(xu)要能(neng)持(chi)續(xu)給系(xi)統提(ti)供(gong)電(dian)源(yuan)段時間(jian)，以系統(tong)可(ke)靠關閉。另(ling)外(wai)，在(zai)有UPS的(de)系(xi)統中(zhong)，從市(shi)電(dian)切換(huan)到(dao)UPS供(gong)電(dian)的(de)過程中(zhong)，也需(xu)要開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)能(neng)維(wei)持正常(chang)輸(shu)出。

　　圖1 掉電(dian)保持(chi)時間(jian)示意圖

　　1 掉電(dian)保持(chi)時間(jian)的決定(ding)因素

　　常(chang)規(gui)ACDC開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)原(yuan)理框(kuang)圖如(ru)圖2所(suo)示，AC輸(shu)入(ru)經過整流濾波(bo)後，變(bian)成(cheng)個(ge)直流電壓(ya)（有的(de)紋(wen)波電(dian)壓(ya)），再(zai)通(tong)過(guo)DCDC變(bian)換(huan)器(qi)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)我(wo)們所(suo)需(xu)要的(de)電壓(ya)輸(shu)出。電路(lu)可(ke)根據輸入(ru)電(dian)壓(ya)和(he)輸(shu)出負(fu)載來(lai)調整占空(kong)比（PWM模(mo)式）以(yi)實現(xian)穩(wen)定(ding)的(de)電壓(ya)輸(shu)出。在(zai)AC輸入(ru)掉電(dian)後，由輸(shu)入(ru)濾(lv)波電容存(cun)儲的能(neng)量給(gei)輸出供(gong)電(dian)，在(zai)這個(ge)過程中(zhong)，濾波(bo)電(dian)容(rong)電壓(ya)逐(zhu)漸(jian)下(xia)降(jiang)，電路(lu)通(tong)過調整占空(kong)比依然可(ke)以實現(xian)額(e)定(ding)的(de)輸出電壓(ya)，直到電容電(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)到電路(lu)能(neng)調整的(de)範圍(wei)之外(wai)時，輸(shu)出電壓(ya)開(kai)始(shi)下(xia)降(jiang)。

　　圖2 ACDC開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)原(yuan)理框(kuang)圖

　　我(wo)們通過(guo)舉(ju)例(li)來(lai)說(shuo)明決定(ding)掉電(dian)保持(chi)時間(jian)的因素。假設(she)款Vo=5V、Po=20W、效(xiao)率為(wei)η=0.78的產(chan)品，DC-DC部分(fen)可(ke)正常(chang)工(gong)作(zuo)的(de)低電(dian)壓(ya)Vin_min=100V，電(dian)源(yuan)內部(bu)輸(shu)入(ru)濾(lv)波電容Cin=47uF。假(jia)設(she)標(biao)稱(cheng)220Vac輸入(ru)整流濾波(bo)後的電(dian)壓(ya)為(wei)直流電壓(ya)（實(shi)際(ji)有紋(wen)波(bo)），其(qi)值Vin_nor=308V，根據能(neng)量守(shou)恒(heng)有下(xia)式：

　　0.5*Cin*（Vin_mor2-Vin_min2）=?t*Po/η……（1）

　　代入(ru)數(shu)值可(ke)得：?t=77.9ms。

　　從上(shang)式(shi)可(ke)以看到(dao)，?t與輸入(ru)電(dian)容、AC輸入(ru)電(dian)壓(ya)、產(chan)品效率成(cheng)正比，而(er)與輸出功(gong)率、DC-DC部(bu)分(fen)低工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)成(cheng)反(fan)比。

　　在(zai)實際(ji)的(de)工程環(huan)境中(zhong)，輸入(ru)電(dian)壓(ya)是(shi)固(gu)定(ding)的。對(dui)某(mou)款(kuan)具(ju)體(ti)的(de)AC-DC電(dian)源(yuan)產(chan)品來(lai)說(shuo)，內(nei)部(bu)輸入(ru)濾(lv)波電容Cin、DC-DC部(bu)分(fen)低工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)Vin_min、效(xiao)率η都(dou)已(yi)無法改(gai)變(bian)，所(suo)以，電(dian)源(yuan)本身(shen)的(de)掉電(dian)保持(chi)時間(jian)無法改(gai)變(bian)。通(tong)過(guo)外(wai)圍(wei)調整，也(ye)無法改(gai)變(bian)產(chan)品的Vin_min和(he)η，能(neng)調整的(de)是(shi)在(zai)電源(yuan)前端(duan)再接(jie)整流濾波(bo)，外(wai)接的濾波電容與電源(yuan)內部(bu)的(de)輸入(ru)濾(lv)波電容是(shi)並聯關(guan)系(xi)，等效增(zeng)加(jia)了Cin，增(zeng)加(jia)了掉電(dian)保持(chi)時間(jian)。

　　如(ru)果電源(yuan)前端(duan)加(jia)的濾(lv)波電(dian)容取100uF/400V，則掉電(dian)保持(chi)時間(jian)在(zai)之前的(de)基礎上(shang)增(zeng)加(jia)165.7ms。如(ru)果電源(yuan)工作(zuo)在(zai)半載條件(jian)，則掉電(dian)保持(chi)時間(jian)可(ke)以再增(zeng)加(jia)倍，如(ru)表(biao)1所(suo)示。

　　表(biao)1 掉電(dian)保持(chi)時間(jian)與輸入(ru)電(dian)容、負(fu)載關系(xi)表(biao)

　　2 輸出電容對(dui)掉電(dian)保持(chi)時間(jian)的影響

　　在(zai)上(shang)述(shu)條件下(xia)，我們再計(ji)算下(xia)通過(guo)增加(jia)輸出電容Co來(lai)延(yan)長掉電(dian)保持(chi)時間(jian)的效果(guo)。假(jia)設(she)：輸出電壓(ya)是(shi)±2%，則(ze)輸(shu)出電壓(ya)下(xia)限Vo1=4.9V、Co=40000uF，則有：

　　0.5*Co*（Vo2-Vo12）=?t1*Po……（2）

　　代入(ru)數(shu)值可(ke)得：?t1=1ms。

　　我(wo)們發(fa)現(xian)，輸(shu)出40000uF的電容延(yan)長掉電(dian)保持(chi)時間(jian)有1ms！由(you)此(ci)可(ke)見增(zeng)加(jia)輸出電容對(dui)掉電(dian)保持(chi)時間(jian)的影響微(wei)乎其(qi)微(wei)。

　　3 外(wai)圍(wei)電路(lu)

　　如(ru)圖3所(suo)示，外(wai)圍(wei)電路(lu)的(de)輸入(ru)端(duan)接市(shi)電(dian)，輸出可(ke)等效為(wei)直流電源(yuan)，接在(zai)ACDC開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的L、N上(shang)。C1要(yao)根據實際(ji)負(fu)載、輸入(ru)電(dian)壓(ya)以(yi)及(ji)所(suo)需(xu)要的(de)保持(chi)時間(jian)來(lai)確(que)定(ding)，沒(mei)有明確(que)的(de)值。由(you)於增加(jia)了C1，開(kai)機沖(chong)擊電流會(hui)增(zeng)大，R1可(ke)以用來(lai)減小(xiao)該(gai)沖(chong)擊(ji)電流，可(ke)以選擇3W的(de)繞線(xian)電阻(zu)，阻(zu)值大致(zhi)在(zai)2~7.5歐姆之間(jian)。對(dui)於D1，可(ke)以選1000V、電流在(zai)1.5A及以(yi)上(shang)的(de)整流橋，另(ling)外(wai)整流橋能(neng)承受的沖(chong)擊電流（規格(ge)書中(zhong)有說(shuo)明）應大於實際(ji)電(dian)路(lu)中(zhong)的沖(chong)擊(ji)電(dian)流。

　　圖3 外(wai)圍(wei)電路(lu)

　　4 試(shi)驗結(jie)果(guo)與分析

　　為(wei)驗證理論(lun)分(fen)析和(he)計(ji)算(suan)的(de)正確，選取MORNSUN的(de)LH25-10B05來(lai)進行(xing)測試。在(zai)輸入(ru)電(dian)壓(ya)220Vac，負(fu)載4A的條(tiao)件下(xia)，LH25-10B05的掉電(dian)保持(chi)時間(jian)為(wei)76.8ms，波形(xing)如(ru)圖5所(suo)示;按電(dian)路(lu)外(wai)接100uF/400V輸入(ru)濾(lv)波電容後，電源(yuan)的掉電(dian)保持(chi)時間(jian)增加(jia)到249ms，波(bo)形(xing)如(ru)圖6所(suo)示。試(shi)驗結(jie)果(guo)與理論(lun)計(ji)算(suan)結(jie)果(guo)吻合(he)。