[信息與通信]開關(guān)電源結(jié)構(gòu)及基本原理

1、開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和基本原理1開關(guān)電源工作原理 通過高頻開關(guān)技術(shù)將輸入的較高的交流電壓(AC)轉(zhuǎn)換為PC電腦工作所需要的較低的直流電壓(DC) 開關(guān)電源的中心思想：用提高工作頻率等手段來提高電源的功率密度，進(jìn)而達(dá)到減少變壓器的體積和重量的目的。采用開關(guān)變換的顯著優(yōu)點(diǎn)是大大提高了電能的轉(zhuǎn)換效率，典型的PC電源效率為70%-75%，而相應(yīng)的線性穩(wěn)壓電源的效率僅有50%左右。 輸出電壓的穩(wěn)定則是依賴對脈沖寬度的改變來實(shí)現(xiàn)，這就叫做脈寬調(diào)制PWM。2開關(guān)電源工作流程 當(dāng)市電進(jìn)入電源后，先經(jīng)過扼流線圈和電容濾波去除高頻雜波和干擾信號，然后經(jīng)過整流和濾波得到高壓直流電。 接著通過開關(guān)電路把直流電轉(zhuǎn)為高頻脈動(dòng)直

2、流電，再送高頻開關(guān)變壓器降壓。 然后濾除高頻交流部分，這樣最后輸出供電腦使用相對純凈的低壓直流電。3框圖一個(gè)典型的半橋式開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)流程圖4EMI器件功率輸出PWM主變壓器整流濾波驅(qū)動(dòng)變壓器開關(guān)管AC輸入SB器件輔助變壓器SB輸出取樣供電控制VCC5常用元器件性能及主要參數(shù)介紹電阻電容電感二極管三極管變壓器比較器PWM控制器6電路圖一個(gè)典型的電路圖7開關(guān)電源原理示意圖81經(jīng)過了EMI濾波電路以及PFC電路的交流電波形92整流濾波電路后的波形輸出103從高壓濾波電容出來的電壓波形114經(jīng)過開關(guān)管后的波形125經(jīng)過變壓后的波形136低壓整流后的波形147終于得到了最終需要的電壓1516抗干擾電路

3、（EMI）由一個(gè)線圈和兩個(gè)電容組成，通常有兩級EMI。功能：濾除由電網(wǎng)進(jìn)來的各種干擾信號，防止電源開關(guān)電路形成的高頻擾竄電網(wǎng)。17抗干擾電路（EMI）整流濾波電路開關(guān)電路PFC電路保護(hù)電路電路結(jié)構(gòu)18PFC電路PFC（Power Factor Correction）即“功率因數(shù)校正”，主要用來表征電子產(chǎn)品對電能的利用效率。功率因數(shù)越高，說明電能的利用效率越高。通過CCC認(rèn)證的電腦電源，都必須增加PFC電路。 PC電源采用傳統(tǒng)的橋式整流、電容濾波電路會使AC輸入電流產(chǎn)生嚴(yán)重的波形畸變，向電網(wǎng)注入大量的高次諧波，因此網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)不高，僅有左右，并對電網(wǎng)和其它電氣設(shè)備造成嚴(yán)重諧波污染與干擾。PFC

4、有兩種，一種是無源PFC（也稱被動(dòng)式PFC），一種是有源PFC（也稱主動(dòng)式PFC）。19無源PFC無源PFC一般采用電感補(bǔ)償方法，通過使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來提高功率因數(shù)，但無源PFC的功率因數(shù)不是很高，只能達(dá)到。位置在第二層濾波之后，全橋整流電路之前。20有源PFC輸入電壓可以從90V到270V；高于的線路功率因數(shù)，并具有低損耗和高可靠等優(yōu)點(diǎn)；有源PFC電路可用作輔助電源，而不再需要輔助電源變壓器；輸出不隨輸入電壓波動(dòng)變化，因此可獲得高度穩(wěn)定的輸出電壓；有源PFC輸出DC電壓紋波很小，且呈100Hz/120Hz（工頻2倍）的正弦波，因此采用有源PFC的電源不需要采用很大容量

5、的濾波電容。21EMI電路22整流濾波電路高壓整流濾波電路由一個(gè)全橋（由四個(gè)二極管組成）和兩個(gè)高壓電解電容組成。把220V交流市電轉(zhuǎn)換成300V直流電。低壓整流濾波電路由二極管和電解電容組成(12V使用快恢復(fù)管，5V和使用肖特基管 )，如圖。23關(guān)鍵元件：輔助電源開關(guān)管、輔助電源變壓器、三端穩(wěn)壓器 300V直流電通過輔助電源開關(guān)管成為脈沖電流，通過輔助電源變壓器輸出二組交流電壓，一路經(jīng)整流 、三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，輸出+5VSB，加到主板上作為待機(jī)電壓；另一路經(jīng)整流濾波，輸出輔助+12V電源，供給PWM等芯片工作。 輔助電源電路24開關(guān)電路核心部分關(guān)鍵元件：PS-ON、精密穩(wěn)壓電路 、 PWM 控制

6、芯片、推動(dòng)管（由兩個(gè)三極管組成）、驅(qū)動(dòng)變壓器、主開關(guān)變壓器原理：由推動(dòng)管和PWM （Pulse Width Modulation）控制芯片構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生高頻脈沖待機(jī)時(shí)，主板啟閉控制電路的電子開關(guān)斷開， PWM 控制芯片封鎖調(diào)制脈寬輸出，使T2推動(dòng)變壓器，T1主電源開關(guān)變壓器停振，停止提供輸出電壓。受控啟動(dòng)后，主板啟閉電子開關(guān)接地。 PWM 控制芯片輸出脈寬調(diào)制信號并控制Q3、Q4的c極所接T2推動(dòng)變壓器初級繞組的激勵(lì)振蕩，T2次級它激振蕩產(chǎn)生的感應(yīng)電勢作用于T1主電源開關(guān)變壓器的一次繞組，二次繞組的感應(yīng)電勢經(jīng)整流形成33V，5V，12V的輸出電壓。25電壓比較器PWM 控制芯片26PW-O

7、K電路重要元件：電壓比較器。待機(jī)時(shí)PW-OK向主機(jī)輸出零電平的電源自檢信號，主機(jī)停止工作處于待命狀態(tài)。受控啟動(dòng)后，PW-OK在開關(guān)電源輸出電壓穩(wěn)定后再延遲幾百毫秒由0電平起跳到5V，向主機(jī)輸出高電平的信號。該信號相當(dāng)于AT電源的PG信號。主機(jī)檢測到PW-OK電源完好的信號后啟動(dòng)系統(tǒng)。在主機(jī)運(yùn)行過程中若遇市電掉電或關(guān)機(jī)時(shí)，PW-OK輸出信號比ATX開 關(guān)電源5V輸出電壓提前幾百毫秒消失，通知主機(jī)觸發(fā)系統(tǒng)在電源斷電前自動(dòng)關(guān)閉，防止突然掉電時(shí)硬盤磁頭來不及移至著陸區(qū)而劃傷硬盤。 27保護(hù)電路七重保護(hù)1、輸入端過壓保護(hù)：耐壓值為270V的壓敏電阻2、輸入端過流保護(hù)：保險(xiǎn)絲3、輸出端過流保護(hù)：通過導(dǎo)線反饋，驅(qū)動(dòng)變壓器就會相應(yīng)動(dòng)作，關(guān)斷電源的輸出。 4、輸出端過壓保護(hù)：當(dāng)比較器檢測到的輸出電壓與基準(zhǔn)電壓偏差較大時(shí)，穩(wěn)壓管就會對電壓進(jìn)行調(diào)整。 5、輸出端過載保護(hù)：過載保護(hù)的機(jī)理與過流保護(hù)一樣，也是由控制電路和驅(qū)動(dòng)變壓器進(jìn)行的。6、輸出端短路保護(hù)：輸出端短路時(shí)，比較器會偵測到電流的變化，并通過驅(qū)動(dòng)變壓器、PWM關(guān)斷開關(guān)管的輸出。