選用好元器件,是決定USB電源適配器質量的關鍵。往往設計的USB電源適配器在實驗室中是成功的,一到生產線上進行規模生產時,就會出現各種問題。當然,有設計方面的,有工藝方面的,還有焊接方面的,但多數是元器件選用問題。元器件質量的差異是影響USB電源適配器質量的一個重要原因。
USB電源適配器中的功率開關晶體管是影響電源可靠性的關鍵器件。USB電源適配器所出現的故障中60%是功率開關晶體管損壞引起的。主電路中用作開關的功率管(IGBT)、雙極型靜電感應晶體管及聯柵晶體管等新型功率開關器件也在不斷地涌現,USB電源適配器的發展前景非常廣闊。
同處理數字電路的電子器件相比,USB電源適配器的電子器件具有如下特征:
1.能處理電功率的能量大小,即承受電壓和電流的能力是電源適配器元件最重要的參數,其處理電功率的能力小至毫瓦級,大至兆瓦級,遠大于處理數字電路的電子器件。
2.開關器件一般都工作在開關狀態下,導通時阻抗很小,接近于短路,壓降接近于零,電流由外部電路決定;阻斷時阻抗很大,接近于斷路,電流幾乎為零,器件的兩端電壓由外部電路決定。
3.開關器件的動態特性也是很重要的方面,有些時候甚至上升為第一位的重要問題。做電路分析時,為簡單起見往往用理想開關來替代實際開關元件。
4.電路中的開關器件往往需要由信息電子電路來控制,在主電路和控制電路之間,需要一定的中間電路對控制電路的信號進行放大,這就是開關器件的驅動電路。
5.為保證不至于因損耗散發的熱量導致開關器件溫度過高而損壞,不僅在開關器件封裝上考慮散熱設計,在其應用電路結構設計中一般都考慮安裝大的散熱片。導通時,開關器件上有一定的通態壓降,造成損耗;阻斷時,開關器件上有微小的漏電流通過,也會造成損耗。對某些開關器件來說,驅動電路向其注入的功率也是造成開關器件功率損耗的主要原因;當開關器件工作的開關頻率較高時,開關損耗會隨之增大,可能成為開關器件功率損耗的主要原因。
USB電源適配器由控制電路、驅動電路和以開關器件為核心的主電路組成。控制電路按電源模塊的工作要求形成控制信號,通過驅動電路去控制主電路中開關器件的通或斷來完成整個電源模塊的功能。開關電源模塊中需要有檢測電路,廣泛來說出主電路之外的其他驅動電路都歸為控制電路,開關電源模塊是由主電路和控制電路組成的。主電路中的電壓和電流都比較大,而控制電路的開關器件只能承受較小的電壓和電流,因此在主電路和控制電路連接的路徑上,如驅動電路與主電路的連接處、驅動電路與控制信號的連接處、或者主電路與檢測電路的連接處,一般都要進行電氣隔離,隔離手段采用光、磁等來傳遞信號。由于主電路中往往有電壓和電流的過沖,而開關器件一般比主電路中普通的元器件要昂貴,因此電路設計中要附加一些保護電路,以保證開關器件和電源模塊系統正常、穩定運行。開關器件一般都有三個腳,其中兩個連接在主電路中,而第三端被成為控制端或者控制極,開關器件的通斷是通過在其控制端和一個主電路端子之間加一定的信號來控制,這個主電路端子是驅動電路和主電路的公共端。