开关电源的结构和基本原理

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,开关电源的,结构,和基本原理,开关电源工作原理,通过高频开关技术将输入的较高的交流电压,(AC),转换为,PC,电脑工作所需要的较低的直流电压,(DC),开关电源的中心思想：用提高工作频率等手段来提高电源的功率密度，进而达到减少变压器的体积和重量的目的。,采用开关变换的显著优点是大大提高了电能的转换效率，典型的,PC,电源效率为,70%-75%,，而相应的线性稳压电源的效率仅有,50%,左右。,输出电压的稳定则是依赖对脉冲宽度的改变来实现，这就叫做脉宽调制,PWM,。,开关电源工作流程,当市电进入电源后，先经过扼流线圈和电容滤波去除高频杂波和干扰信号，然后经过整流和滤波得到高压直流电。,接着通过开关电路把直流电转为高频脉动直流电，再送高频开关变压器降压。,然后滤除高频交流部分，这样最后输出供电脑使用相对纯净的低压直流电。,框图,一个典型的半桥式开关电源的结构流程图,EMI,器件,功率输出,PWM,主变压器,整流滤波,驱动变压器,开关管,AC,输入,SB,器件,辅助变压器,SB,输出,取样,供电,控制,VCC,常用元器件性能及主要参数介绍,电阻,电容,电感,二极管,三极管,变压器,比较器,PWM,控制器,电路图,一个典型的电路图,开关电源原理示意图,1,经过了,EMI,滤波电路以及,PFC,电路的交流电波形,2,整流滤波电路后的波形输出,3,从高压滤波电容出来的电压波形,4,经过开关管后的波形,5,经过变压后的波形,6,低压整流后的波形,7,终于得到了最终需要的电压,抗干扰电路（,EMI,）,由一个线圈和两个电容组成，通常有两级,EMI,。,功能：滤除由电网进来的各种干扰信号，防止电源开关电路形成的高频扰窜电网。,抗干扰电路（,EMI,）,整流滤波电路,开关电路,PFC,电路,保护电路,电路结构,PFC,电路,PFC,（,Power Factor Correction,）即“功率因数校正”，主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高，说明电能的利用效率越高。通过,CCC,认证的电脑电源，都必须增加,PFC,电路。,PC,电源采用传统的桥式整流、电容滤波电路会使,AC,输入电流产生严重的波形畸变，向电网注入大量的高次谐波，因此网侧的功率因数不高，仅有,0.6,左右，并对电网和其它电气设备造成严重谐波污染与干扰。,PFC,有两种，一种是无源,PFC,（也称被动式,PFC,），一种是有源,PFC,（也称主动式,PFC,）。,无源,PFC,无源,PFC,一般采用电感补偿方法，通过使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，但无源,PFC,的功率因数不是很高，只能达到,0.70.8,。,位置在第二层滤波之后，全桥整流电路之前。,有源,PFC,输入电压可以从,90V,到,270V,；,高于,0.99,的线路功率因数，并具有低损耗和高可靠等优点；,有源,PFC,电路可用作辅助电源，而不再需要辅助电源变压器；,输出不随输入电压波动变化，因此可获得高度稳定的输出电压；,有源,PFC,输出,DC,电压纹波很小，且呈,100Hz/120Hz,（工频,2,倍）的正弦波，因此采用有源,PFC,的电源不需要采用很大容量的滤波电容。,EMI,电路,整流滤波电路,高压整流滤波电路由一个全桥（由四个二极管组成）和两个高压电解电容组成。把,220V,交流市电转换成,300V,直流电。,低压整流滤波电路由二极管和电解电容组成,(12V,使用快恢复管，,5V,和,3.3V,使用肖特基管,),，如图。,关键元件：辅助电源开关管、辅助电源变压器、,三端稳压器,300V,直流电通过辅助电源开关管成为脉冲电流，通过辅助电源变压器输出二组交流电压，,一路经整流,、,三端稳压器稳压，输出,+5VSB,，,加到主板上作为待机电压,；另一路经整流滤波，输出辅助,+12V,电源，供给,PWM,等芯片工作。,辅助电源电路,开关电路,核心部分,关键元件：,PS-ON,、精密稳压电路,、,PWM,控制芯片,、推动管（由两个三极管组成）、驱动变压器、主开关变压器,原理：由推动管和,PWM,（,Pulse Width Modulation,）控制芯片构成振荡电路，产生高频脉冲,待机时，主板启闭控制电路的电子开关断开，,PWM,控制芯片封锁调制脉宽输出，使,T2,推动变压器，,T1,主电源开关变压器停振，停止提供输出电压。,受控启动后，主板启闭电子开关接地。,PWM,控制芯片输出脉宽调制信号并控制,Q3,、,Q4,的,c,极所接,T2,推动变压器初级绕组的激励振荡，,T2,次级它激振荡产生的感应电势作用于,T1,主电源开关变压器的一次绕组，二次绕组的感应电势经整流形成,33V,，,5V,，,12V,的输出电压。,电压比较器,PWM,控制芯片,PW-OK,电路,重要元件：电压比较器。,待机时,PW-OK,向主机输出零电平的电源自检信号，主机停止工作处于待命状态。,受控启动后，,PW-OK,在开关电源输出电压稳定后再延迟几百毫秒由,0,电平起跳到,5V,，向主机输出高电平的信号。该信号相当于,AT,电源的,PG,信号。主机检测到,PW-OK,电源完好的信号后启动系统。,在主机运行过程中若遇市电掉电或关机时，,PW-OK,输出信号比,ATX,开,关电源,5V,输出电压提前几百毫秒消失，通知主机触发系统在电源断电前自动关闭，防止突然掉电时硬盘磁头来不及移至着陆区而划伤硬盘。,保护电路,七重保护,1,、输入端过压保护：耐压值为,270V,的压敏电阻,2,、输入端过流保护：保险丝,3,、输出端过流保护：通过导线反馈，驱动变压器就会相应动作，关断电源的输出。,4,、输出端过压保护：当比较器检测到的输出电压与基准电压偏差较大时，稳压管就会对电压进行调整。,5,、输出端过载保护：过载保护的机理与过流保护一样，也是由控制电路和驱动变压器进行的。,6,、输出端短路保护：输出端短路时，比较器会侦测到电流的变化，并通过驱动变压器、,PWM,关断开关管的输出。,7,、温度控制：通过温度探头检测电源内部温度，并智能调整风扇转速，对电源内部温度进行控制。,2,。,DC,输出的几个概念,电压,电流,纹波、杂讯,一个规格书范例,HK400-42SP,的规格书,我们必须注意,PEAK,值与,MAX,值的差异,谢谢！,