開關電源結構及基本原理課程課件

開關電源的結構和基本原理開關電源工作原理通過高頻開關技術將輸入的較高的交流電壓(AC)轉換為PC電腦工作所需要的較低的直流電壓(DC)開關電源的中心思想：用提高工作頻率等手段來提高電源的功率密度，進而達到減少變壓器的體積和重量的目的。采用開關變換的顯著優(yōu)點是大大提高了電能的轉換效率，典型的PC電源效率為70%-75%，而相應的線性穩(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現(xiàn)，這就叫做脈寬調制PWM。開關電源工作流程當市電進入電源后，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。接著通過開關電路把直流電轉為高頻脈動直流電，再送高頻開關變壓器降壓。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?？驁D一個典型的半橋式開關電源的結構流程圖EMI器件功率輸出PWM主變壓器整流濾波驅動變壓器開關管AC輸入SB器件輔助變壓器SB輸出取樣供電控制VCC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控制器電路圖一個典型的電路圖開關電源原理示意圖1經(jīng)過了EMI濾波電路以及PFC電路的交流電波形2整流濾波電路后的波形輸出3從高壓濾波電電容出來的電電壓波形4經(jīng)過開關管后后的波形5經(jīng)過變壓后的的波形6低壓整流后的的波形7終于得到了最最終需要的電電壓抗干擾電路（（EMI）由一個線圈和和兩個電容組組成，通常有有兩級EMI。功能：濾除由由電網(wǎng)進來的的各種干擾信信號，防止電電源開關電路路形成的高頻頻擾竄電網(wǎng)。?？垢蓴_電路（（EMI）整流濾波電路路開關電路PFC電路保護電路電路結構PFC電路PFC（PowerFactorCorrection）即“功率因數(shù)數(shù)校正”，主主要用來表征征電子產(chǎn)品對對電能的利用用效率。功率率因數(shù)越高，，說明電能的的利用效率越越高。通過CCC認證的電腦電電源，都必須須增加PFC電路。PC電源采用傳統(tǒng)統(tǒng)的橋式整流流、電容濾波波電路會使AC輸入電流產(chǎn)生生嚴重的波形形畸變，向電電網(wǎng)注入大量量的高次諧波波，因此網(wǎng)側側的功率因數(shù)數(shù)不高，僅有有0.6左右，并對電電網(wǎng)和其它電電氣設備造成成嚴重諧波污污染與干擾。。PFC有兩種，一種種是無源PFC（也稱被動式PFC），一種是有源PFC（也稱主動式PFC）。無源PFC無源PFC一般采用電感感補償方法，，通過使交流流輸入的基波波電流與電壓壓之間相位差差減小來提高高功率因數(shù)，，但無源PFC的功率因數(shù)不不是很高，只只能達到0.7~0.8。位置在第二層層濾波之后，，全橋整流電電路之前。有源PFC輸入電壓可以以從90V到270V；高于0.99的線路功率因因數(shù)，并具有有低損耗和高高可靠等優(yōu)點點；有源PFC電路可用作輔輔助電源，而而不再需要輔輔助電源變壓壓器；輸出不隨輸入入電壓波動變變化，因此可可獲得高度穩(wěn)穩(wěn)定的輸出電電壓；有源PFC輸出DC電壓紋波很小小，且呈100Hz/120Hz（工頻2倍）的正弦波波，因此采用用有源PFC的電源不需要要采用很大容容量的濾波電電容。EMI電路整流濾波電路路高壓整流濾波波電路由一個個全橋（由四四個二極管組組成）和兩個個高壓電解電電容組成。把把220V交流市電轉換換成300V直流電。低壓整流濾波波電路由二極極管和電解電電容組成(12V使用快恢復管管，5V和3.3V使用肖特基管管)，如圖。關鍵元件：輔輔助電源開關關管、輔助電電源變壓器、、三端穩(wěn)壓器300V直流電通過輔輔助電源開關關管成為脈沖沖電流，通過過輔助電源變變壓器輸出二二組交流電壓壓，一路經(jīng)整流、三端穩(wěn)壓器穩(wěn)穩(wěn)壓，輸出+5VSB，加到主板上作作為待機電壓壓；另一路經(jīng)整整流濾波，輸輸出輔助+12V電源，供給PWM等芯片工作。。輔助電源電路路開關電路——核心部分關鍵元件：：PS-ON、精密穩(wěn)壓電電路、PWM控制芯片、推動管（由由兩個三極極管組成））、驅動變變壓器、主主開關變壓壓器原理：由推推動管和PWM（PulseWidthModulation）控制芯片構構成振蕩電電路，產(chǎn)生生高頻脈沖沖待機時，主主板啟閉控控制電路的的電子開關關斷開，PWM控制芯片封封鎖調制脈脈寬輸出，，使T2推動變壓器器，T1主電源開關關變壓器停停振，停止止提供輸出出電壓。受控啟動后后，主板啟啟閉電子開開關接地。。PWM控制芯片輸輸出脈寬調調制信號并并控制Q3、Q4的c極所接T2推動變壓器器初級繞組組的激勵振振蕩，T2次級它激振振蕩產(chǎn)生的的感應電勢勢作用于T1主電源開關關變壓器的的一次繞組組，二次繞繞組的感應應電勢經(jīng)整整流形成＋＋33V，±5V，±12V的輸出電壓壓。電壓比較器器PWM控制芯片PW-OK電路重要元件：：電壓比較較器。待機時PW-OK向主機輸出出零電平的的電源自檢檢信號，主主機停止工工作處于待待命狀態(tài)。。受控啟動后后，PW-OK在開關電源源輸出電壓壓穩(wěn)定后再再延遲幾百百毫秒由0電平起跳到到＋5V，向主機輸出出高電平的的信號。該該信號相當當于AT電源的PG信號。主機檢測測到PW-OK電源完好的信號號后啟動系統(tǒng)。。在主機運行過程程中若遇市電掉掉電或關機時，，PW-OK輸出信號比ATX開關電源＋5V輸出電壓提前幾幾百毫秒消失，，通知主機觸發(fā)發(fā)系統(tǒng)在電源斷斷電前自動關閉閉，防止突然掉掉電時硬盤磁頭頭來不及移至著著陸區(qū)而劃傷硬硬盤。保護電路——七重保護1、輸入端過壓保保護：耐壓值為為270V的壓敏電阻2、輸入端過流保保護：保險絲3、輸出端過流保保護：通過導線線反饋，驅動變變壓器就會相應應動作，關斷電電源的輸出。4、輸出端過壓保保護：當比較器器檢測到的輸出出電壓與基準電電壓偏差較大時時，穩(wěn)壓管就會會對電壓進行調調整。5、輸出端過載保保護：過載保護護的機理與過流流保護一樣，也也是由控制電路路和驅動變壓器器進行的。6、輸出端短路保保護：輸出端短短路時，比較器器會偵測到電流流的變化，并通通過驅動變