增加AC－DC电源掉电保持时间的简单方法
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引言 AC-DC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ST，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。控制电路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，控制电路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电路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，ST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。 |
