開關(guān)電源原理簡介分析

開關(guān)電源原理簡介

----零件篇---2005/12/22傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源現(xiàn)代的開關(guān)穩(wěn)壓電源優(yōu)點(diǎn)電磁輻射和干擾會(huì)比較小,紋波小.瞬態(tài)響應(yīng)較好﹐控制電路要簡單。其具有功耗小效率高(可達(dá)70~95%)，穩(wěn)壓范圍寬，可靠安全，體積小、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、自身發(fā)熱量小缺點(diǎn)承受過載﹑短路能力差﹑效率低(35~60%),體積龐大，不具有保護(hù)功能等特點(diǎn)電磁輻射和干擾會(huì)比較大,紋波比較大.瞬態(tài)響應(yīng)較差﹐控制電路要復(fù)雜的多。調(diào)整管工作狀態(tài)調(diào)整管工作于放大區(qū)(損耗功率大﹐采用大功率調(diào)整管﹐及大的散熱器),連續(xù)控制的.調(diào)整管工作在截止區(qū)和飽和區(qū),即開關(guān)狀態(tài)。它截止時(shí)，相當(dāng)機(jī)械開關(guān)的斷開，飽和時(shí)，相當(dāng)于機(jī)械開關(guān)的閉合。變壓器工作頻率和材料市電的頻率固定在50Hz/60Hz上，采用硅鋼片做為變壓器的磁性材料，因此變壓器的轉(zhuǎn)換效率低。提高工作頻率(達(dá)到數(shù)十KHz或數(shù)百KHz)來減少變壓器的體積和重量，采用鐵氧體做為變壓器的磁性材料。特點(diǎn)原因調(diào)整管損耗功率大,尤其是大功率的線性電源往往是重量重,體積大，不適合計(jì)算機(jī)工業(yè)化的輕便設(shè)計(jì)原則.調(diào)整管功耗小,機(jī)內(nèi)溫升低,輸出多路的低電壓大電流的直流電要具備各種保護(hù)功能。一.開關(guān)電源同線性電源比較穩(wěn)壓電源的目的:提供穩(wěn)定的低壓直流,即從市電110/220Vac到3.3V/5V/12V/-12Vdc技術(shù)術(shù)語

(Desktoppowersupply)技術(shù)術(shù)語(Adapter)分類方法類別按激勵(lì)方式劃分他激式(開關(guān)器件控制信號(hào)由專門的控制電路產(chǎn)生)﹑自激式(借助于變換器本身的正反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)開關(guān)管自持周期性開關(guān)的變換器)按DC/DC變換器的工作方式劃分隔離型:正激式(ForwardConverter)﹑反激式(Fly-backConverter)﹑推挽式(Push-pullconverter)﹑半橋式(Half-bridgeconverter)﹑全橋式(Full-bridgeconverter)非隔離型:降壓式(BuckConverter)﹑升壓式(BoostConverter)﹑升降壓式(Buck/BoostConverter)﹑CukConverter﹑ZetaConverter﹑SepicConverter按控制信號(hào)的隔離方式劃分采用變壓器的隔離方式﹑采用光電耦合的隔離方式按過流保護(hù)方式劃分開關(guān)電流檢測方式﹑輸出電流檢測方式二.開關(guān)電源的TOP結(jié)構(gòu)非隔離式電源模型:Buck降壓式Boost升壓式Buck-boost升降壓Cuk(Buck-boost的變形)Zeta(Buck-boost的變形)Sepic

(Buck-boost的變形)隔離式電源模式:

Fly-back反激式Forward正激式Push-pull推挽式half-bridge半橋式Full-bridge全橋式PowerSupplyDevelopment電源供給器開展史PC機(jī)電源在286到早期的586是AT電源。AT電源共有四路輸出〔+5V、-5V、+12V、-12V〕，另外還向主板提供一個(gè)P.G信號(hào)Intel在1997年推出的ATX電源標(biāo)準(zhǔn)，它主要增加了3.3V和+5VSB兩路輸出電壓和一個(gè)PS-ON信號(hào)。利用+5VSB和PS-ON信號(hào)，就可以實(shí)現(xiàn)軟件關(guān)機(jī)、鍵盤開機(jī)、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程喚醒等功能。為了滿足大功率CPU的要求,ATX12V對(duì)CPU供電的4PIN+12V電壓提高至+12.8V(+/-12%)降低了MAINCONNECT的+12V電流強(qiáng)度.在ATX/ATX12V的電源的根底上重新定義MainConnect的Pin腳由20Pin增加到24Pin，增加了對(duì)風(fēng)扇的控制(FANCMD、FANOFF、FANSINK、3.3VR/S〕，不與以前的ATX電源兼容。AT:6Pin+6PinATX:20PinATX12V:20Pin+4PinATX12VLN(LowNoise):24Pin+4Pin三.開關(guān)電源的分類ATATXATX12VATX12VLN根據(jù)PC主板架構(gòu)變化四.開關(guān)電源的原理介紹ATX電源的工作原理方塊圖它主要包括:輸入電網(wǎng)濾波電路、主變換電路、整流濾波輸出電路、控制電路、保護(hù)電路、輔助電源等。EMI濾波電路ActivePFC電路全波整流PWM+PFCDriverIC(ML4800)

5VStandby電路保護(hù)IC(WT7515)輸出整流+濾波電路風(fēng)扇控制電路及IC(TL594)五.PFC

(PowerFactorCorrection)之意義P.F.=實(shí)際功率/視在功率(∫v*Idt)/(Vrms*Irms)

PFC的作用，可以這樣理解：

假設(shè)現(xiàn)在有一臺(tái)發(fā)電機(jī)，它最大能輸出120VAC，15A的電流，即它的輸出功率最大是120×15=1800W,現(xiàn)在如果有一臺(tái)PF(powerfactor)很低的電源接到發(fā)電機(jī)上,該電源的效率是98%，PF是55%,那么該電源的輸出端能提供的最大功率是：1800×0.98×0.55=970W,如果PF提高到99%，電源的輸出端能提供的最大功率就會(huì)提升1800×0.98×0.99=1746W這樣，對(duì)于同一個(gè)電源輸出功率，高的PF電源，對(duì)發(fā)電機(jī)的容量要求就會(huì)降低；同樣，對(duì)于同一個(gè)發(fā)電機(jī)，它用有限的功率,能同時(shí)供電給更多的電源；這樣，由于無謂地往返發(fā)電機(jī)與電源之間電線上的諧波電流的造成損耗也相應(yīng)會(huì)減少；二端網(wǎng)絡(luò)的功率(單相電路)視在功率S=V*I(伏安VA)有功功率P=VR*I=V*Cosφ*I=S*Cosφ(瓦W)實(shí)部無功功率Q=VX*I=V*Sinφ*I=S*Sinφ(乏Var)虛部Q>0時(shí)﹐電路呈感性﹐Q<0時(shí)﹐電路呈容性。功率因子λ=PF=Cosφ,φ角為功率因子角﹐S2=P2+Q2φ角為功率因子角,是電壓與電流的相位差,開關(guān)電源中容性負(fù)載重,Q<0﹐電路呈容性,電壓V落后于電流I.所以可串聯(lián)電感以中和容性,減小φ角,以提高功率因子PF.PFC

(PowerFactorCorrection)之意義----PassivePFCPFC

(PowerFactorCorrection)之意義-----PassivePFCPFCChokeAPFC是利用Boost升壓式對(duì)輸之Voltage和Current不同步而產(chǎn)生的功率因數(shù)進(jìn)行矯正.此方式輸入AC電壓范圍為:95V~264V----即全幅輸入.由Boost電路的Duty對(duì)其進(jìn)行調(diào)整.OutputdriverforPFC

OutdriverforPWMPFC

(PowerFactorCorrection)之意義---ActivePFCBoost升壓電路電路.由IC(PFC+PWM芯片ML4800或MC6800)控制其Duty的變化PC電源零件簡介(主要靜電敏感元件)六.電腦電源的EMC電磁兼容要求5.5開關(guān)電源內(nèi)噪聲源(1)開關(guān)晶體管開關(guān)工作產(chǎn)生的噪聲開關(guān)晶體管中流過較大的脈沖電流是矩形波,其中含有多種高次諧波,開關(guān)接通時(shí)由于變壓器漏感和輸出整流二極管的恢復(fù)特性形成電流震蕩,二極管上產(chǎn)生浪涌電壓.開關(guān)關(guān)斷時(shí)變壓器漏感也產(chǎn)生浪涌電壓.(2)二極管反向恢復(fù)特性產(chǎn)生的噪聲用PN結(jié)硅二極管進(jìn)行高頻整流時(shí)正向電流所積累電荷在加反向電壓時(shí)不能馬上消失,由于載流子的積蓄效應(yīng),二極管流經(jīng)反向電流.這段時(shí)間稱為反向恢復(fù)時(shí)間.假設(shè)反向電流恢復(fù)時(shí)的上升率Di/Dt較大時(shí)，由于電感作用要產(chǎn)生較大的尖峰電壓．這就是恢復(fù)噪聲．肖特級(jí)二極管原理上沒有載流子的積蓄效應(yīng)．固恢復(fù)噪聲非常?。?3)變壓器產(chǎn)生的噪聲流經(jīng)變壓器繞組的電流形成磁通其中較大局部通過磁導(dǎo)率較高的磁芯,但小局部經(jīng)過繞組與間隙輻射出去,即稱為漏磁通.這漏磁通在回路中會(huì)形成電磁感應(yīng)噪聲.(4)電容產(chǎn)生的噪聲由于交流輸入的開關(guān)電源在輸入側(cè)接有整流與平滑回路.這就是電容輸入型回路.這回路有導(dǎo)通角的充電電流流通.這電流變化要產(chǎn)生噪聲.另外電容的等效串聯(lián)電感影響也較大.

電腦電源的EMC電磁兼容要求(5)共模噪聲:開關(guān)晶體管與輸出整流二極管通常內(nèi)部損耗較大﹐需要通過絕緣片接到散熱器上散熱。因此,晶體管的集電極與二極管的陰極與散熱器間有較大的分布電容﹐由于開關(guān)工作時(shí)電壓到達(dá)幾百伏﹐因此產(chǎn)生共模噪聲。5.6噪聲抑制方法及對(duì)策(1)采用開關(guān)速度不太快的開關(guān)以及軟恢復(fù)特性的二極管可以改善波形(即降低dv/dt;di/dt)。(2)使用吸收電路(RC/RCD/LC)與開關(guān)晶體管和輸出整流二極管并聯(lián)﹐可以降低浪涌電壓。(3)濾波器:輸入濾波器X-Cap/Y-Cap/CMChoke/DMChoke(4)屏蔽:a.靜電屏蔽:在初,次側(cè)之間接入相當(dāng)于分布電容電極的導(dǎo)體(如變壓器鐵心)進(jìn)行接地就可以使噪聲旁路到地。b.磁屏蔽:在干擾者與被干擾者之間﹐如變壓器與線圈之間,插入高磁導(dǎo)率的金屬板可把漏磁通集中于金屬板中。(5)把輸出扼流線圈接在電源負(fù)回在線﹐可抑制共模噪聲的產(chǎn)生。Timing/Housekeeping/Control(電源的時(shí)序)T1:Power-OnTime(T1<500mS)

T2:RiseTime(T2≦20mS)

T3:P.GdelayTime(100mS<T3<500mS)

T4:P.GRiseTime(T4≦10mS)

T5:HoldupTime(T5≧16mS)

T6:Power-downWarning(T6≧1mS)

七.電腦電源的主要電性能參數(shù)指標(biāo)＊開關(guān)電源中的磁性元件磁性元件是整個(gè)電源中零件技術(shù)的核心一些概念:1.磁感應(yīng)強(qiáng)度(B—磁通密度):單位長度導(dǎo)線放在均勻磁場中通過單位電流時(shí)所受力的大小(單位T(特斯拉)B=F/IL)2.磁通(Ф):垂直通過一個(gè)截面的磁力線的總量稱為該面的磁通量,簡稱磁通.(單位Wb(韋伯)Ф=BA)3.磁導(dǎo)率(u):表征導(dǎo)