電腦電源工作原理圖文

1、電腦電源工作原理ATX開關電源的原理框圖：上圖工作原理簡述：220V交流電經(jīng)過第一、二級EMI濾波后變成較純凈的50Hz交流電，經(jīng)全橋整流和濾波后輸出300V的直流電壓。300V直流電壓同時加到主開關管、主開關變壓器、待機電源開關管、待機電源開關變壓器。由于此時主開關管沒有開關信號，處于截止狀態(tài)，因此主電源開關變壓器上沒有電壓輸出，上圖中的-12V至+3.3V，5組電壓均沒電壓輸出。電+腦*維+修-知.識_網(wǎng)(w_ww*dnw_xzs*co_m但我們同時注意到，300V直流電加到待機電源開關管和待機電源開關變壓器后，由于待機電源開關管被設計成自激式振蕩方式，待機電源開關管立即開始工作，在待機電

2、源開關變壓器的次級上輸出二組交流電壓，經(jīng)整流濾波后，輸出+5VSB和+22V電壓，+22V電壓是專門為主控IC供電的。+5VSB加到主板上作為待機電壓。當用戶按動機箱的Power啟動按鍵后，（綠）色線處于低電平，主控IC內(nèi)部的振蕩電路立即啟動，產(chǎn)生脈沖信號，經(jīng)推動管放大后，脈沖信號經(jīng)推動變壓器加到主開關管的基極，使主開關管工作在高頻開關狀態(tài)。主開關變壓器輸出各組電壓，經(jīng)整流和濾波后得到各組直流電壓，輸出到主板。但此時主板上的CPU仍未啟動，必須等+5V的電壓從零上升到95%后，IC檢測到+5V上升到4.75V時，IC發(fā)出P.G信號，使CPU啟動，電腦正常工作。當用戶關機時，綠色線處于高電平，I

3、C內(nèi)部立即停止振蕩，主開關管因沒有脈沖信號而停止工作。-12至+3.3的各組電壓降至為零。電源處于待機狀態(tài)。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(diào)制PWM。由高壓直流到低壓多路直流的這一過程也可稱DC-DC變換，是開關電源的核心技術。采用開關變換的顯著優(yōu)點是大大提高了電能的轉(zhuǎn)換效率，典型的PC電源效率為7075%，而相應的線性穩(wěn)壓電源的效率僅有50%左右。保護電路的工作原理：在正常使用過程中，當IC檢測到負載處于：短路、過流、過壓、欠壓、過載等狀態(tài)時，IC內(nèi)部發(fā)出信號，使內(nèi)部的振蕩停止，主開關管因沒有脈沖信而停止工作。從而達到保護電源的目的。電+腦*維+修-知.識_網(wǎng)(w

4、_ww*dnw_xzs*co_m由上述原理可知，即使我們關了電腦后，如果不切斷交流輸入端，待機電源是一直工作的，電源仍有5到10瓦的功耗。內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)電源的內(nèi)部電路分為抗干擾電路、整流濾波電路、開關電路、保護電路、輸出電路等?？垢蓴_電路電源的抗干擾電路位于電源輸入插座后，由線圈和電容組成一個濾波電路（如圖1 ），它可以濾除電源線上的高頻雜波和同相干擾信號，構(gòu)成了電源抗電磁干擾的第一道防線。由于這部分電路不影響電源的正常工作，很多便宜的電源會把它省略。隨著3 C 認證制度的實施，在這部分開始增加P F C （功率因數(shù)校正）電路，凡是3 C 認證的電腦電源，必須增加P F C 電路。PFC 電路可

5、以減少對電網(wǎng)的諧波污染和干擾。PFC 電路有兩種：有源PFC 和無源P F C 。無源P F C 一般采用電感補償方法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)，有源P F C 由電感電容及電子元器件組成，能夠獲得更高的功率因數(shù)，但成本也相對較高。有源P F C 電路具有低損耗和高可靠性等優(yōu)點， 可獲得高度穩(wěn)定的輸出電壓，因此，有源P F C 的電源不需要采用很大容量的濾波電容。PFC電路是面已經(jīng)提到PFC，PFC電路稱為功率因素校正電路，功率因素越高，電能利用率就越大，目前PFC電路有兩種方式：無源PFC（對稱作被動式PFC）和有源PFC（主動式PFC）。電+腦*維+修-知.識_

6、網(wǎng)(w_ww*dnw_xzs*co_m無源PFC無源PFC：通過一個笨重的工頻電感來補嘗交流輸入的基波電流與電壓的相位差，強逼電流與電壓相位一致。無源PFC效率較低，一般只有65%70%，且所用工頻電感又大又笨重，但由于其成本低，許多ATX電源都采用這種方式（參見上圖）。有源PFC有源PFC：有源PFC由電子元器件組成，體積小重量輕，通過專通的IC去調(diào)整電流波形的相位，效率大大提高，達95%以上。采用有源PFC的電源通常輸入端只有一只高壓濾波電容，同時由于有源PFC本身可作輔助電源，因而可省去待機電源，而且采用有源PFC的電源輸出電壓紋波極小。但由于有源PFC成本較高，所以通常只有在高級應用場

7、合才能見到。如下圖所示：實物圖如下圖所示：EMI濾波電路 EMI濾波器主要作用是濾除外界電網(wǎng)的高頻脈沖對電源的干擾，同時也起到減少開關電源本身對外界的電磁干擾。實際上它是利電感和電容的特性，使頻率為50Hz左右的交流電可以順利通過濾波器，但高于50Hz以上的高頻干擾雜波被濾波器濾除，所以它又有另外一種名稱，將EMI濾波器稱為低通濾波器（彩電上的稱法），其意義為，低頻可以通過，而高頻則被濾除。下面是EMI濾波電路的線路圖：上圖中的C1和L1組成第一級EMI濾波，C2、C3、C4與L2組成第二級濾波。實物圖如下圖所示：一級EMI濾波電路二級EMI濾波電路兩道EMI濾波電路都做在PCB板上的下圖在優(yōu)

8、質(zhì)電源中，都有兩道EMI濾波電路，其中一路在電源插座處，另外一路在電源的PCB板上（也有把兩道EMI濾波電路都做在PCB板上的情況），這兩道EMI電路，可以很好地濾除電網(wǎng)中的高頻雜波和同相干擾電流，同時把電源中產(chǎn)生的電磁輻射削減到最低限度，使泄漏到電源外的電磁輻射量不至于對人體或其它設備造成不良影響。劣質(zhì)電源通常會省去第一級EMI濾波電路，甚至連第二級EMI濾波電路也省掉。省掉了第一道EMI（如下圖）整流濾波電路整流濾波電路由一個全橋和兩個高壓電解電容組成。全橋內(nèi)部就是四個二極管，它負責把交流電轉(zhuǎn)換成直流電。整流后的直流電波動很大，為了得到穩(wěn)定的電壓，需要用濾波電容濾波，濾波以后，電壓就比較穩(wěn)

9、定了，整流全橋的耐壓一般在6 0 0 V 以上，它根據(jù)輸出功率的大小選擇最大電流，全橋后面的兩個高大的筒狀元件就是高壓電解電容，其作用是慮除電流中的雜波，輸出平穩(wěn)的直流電，濾波電容的容量大小和濾波效果有很大關系。容量大的高壓電解電容一般在470 F 以上，如筆者的電源采用了680 F 容量的高壓電容（如圖2 ）。電+腦*維+修-知.識_網(wǎng)(w_ww*dnw_xzs*co_m橋式整流和濾波將輸入端的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖直流電，目前有兩種型式，一種是用四個二極管組成橋式整流電路；另一種是將四個二極管封裝在一起。兩種接法效果都一樣，二極管的正向?qū)娏鞑恍∮?A，反向擊穿電壓不小于700V。高壓部分的濾

10、波主要由電容組成，一般有二個電容：200W電源，電容330uF；250W電源，電容470uF；300W電源，電容680uF。如圖所示：上圖，L1和C3組成無源PFC電路，C1、C2為濾波電容。實物圖如下圖：高壓濾波電容低壓濾波電容劣質(zhì)電源使用小容量的濾波電容，以降低成本，如200W只用220uF，300W只用470uF，甚至使用舊電容來降低成本。PFC電感量不足或省掉PFC。電+腦*維+修-知.識_網(wǎng)(w_ww*dnw_xzs*co_m開關電路開關電路是電源的核心部分。主要由開關管、P W M控制芯片、開關變壓器和高頻整流二極管組成。由開關管和P W M 控制芯片構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生高頻脈沖，經(jīng)

11、開關變壓器得到多組輸出，各組輸出經(jīng)高頻整流二極管整流得到不同的電壓（如圖3 ）。開關電路的輸出端和輸入端有反饋電路，因而電路可根據(jù)輸出端反饋的信號自動調(diào)整振蕩頻率， 從而影響輸出電壓。當輸出電壓偏高時， 振蕩頻率會因反饋信號而降低， 從而使輸出電壓也降低，反之亦然。通常電壓功率大的話， 開關變壓器的體積也會大一些。P W M 控制芯片用于驅(qū)動開關管輸出的工作電壓，該控制芯片的型號往往是TL494 或相同功能的KA7500B（如圖4 ），輔助的電路還包括基準電壓電路、取樣電路、比較電流和保護電路。 由于開關電源的開關管只工作在“開”和“關”兩種狀態(tài)， 關的時候幾乎不消耗功率， 而開的時候由于自身

12、壓降很小， 所以自身的損耗也很小，這就是開關電源發(fā)熱量低、效率高的原因。高頻開關變壓器同樣是整個電路中的核心部件（如圖5 ）。電+腦*維+修-知.識_網(wǎng)(w_ww*dnw_xzs*co_m經(jīng)過高頻開關變壓器降壓后的電流同樣要使用二極管和電容進行整流和濾波，只是整流時的工作頻率很高， 必須使用具有快速恢復功能的肖特基整流二極管，普通的整流二極管難當此任，而整流部分使用的電容不但容量要大，還要有較低的交流電阻才行，否則就無法濾除電流中的高頻交流電成分。此外還能見到一兩個體積碩大的帶磁心的電感線圈，與濾波電容一起濾除高頻的交流電成分，保證輸出純凈的直流電（如圖6）。一款優(yōu)質(zhì)的電源的電感線圈不僅尺寸大

13、， 而且繞線也很規(guī)范。而劣質(zhì)電源的線圈非常小而且繞線不規(guī)則， 附近的濾波電容也非常小。開關三極管和開關變壓器是開關電源的核心部件，通過自激式或它激式（需要一個獨立的脈沖信號振蕩器，ATX電源的主開關管采用這種方式）使開關三極管工作在飽和、截止（即開、關）狀態(tài)，從而在開關變壓器的副繞組上感應出高頻電壓，再經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓后輸出各路直流電壓。所以開關三極管和開關變壓器的質(zhì)量直接影響電源的質(zhì)量和使用壽命，尤其是開關三極管，工作在高反壓狀態(tài)下，沒有足夠的保護電路，很容易擊穿燒毀。下圖散熱片下面就是開關三極管：保護電路一些電源具有四重保護電路，即過流、過壓、過載和短路保護。 1、 輸入端過壓保護電源

14、的高壓濾波電路邊上，有兩個藍色的壓敏電阻，其耐壓值為270V，當市電電壓超過270V時，壓敏電阻就會被擊穿，從而保護電源其它電路以及電腦配件的安全。相關圖片如下：2、 輸入端過流保護第二道EMI濾波電容旁邊，會有一根保險絲，當瞬間電流非常大時，保險絲就會熔斷，從而保護電源和電腦。相關圖片如下：3、 輸出端過流保護過電流會損傷電源和配件。在下圖中，有兩根細導線連接了控制電路部分和驅(qū)動變壓器，當控制電路監(jiān)測到輸出端有過大的電流時，通過導線反饋到驅(qū)動變壓器，驅(qū)動變壓器就會相應動作，關斷電源的輸出。電+腦*維+修-知.識_網(wǎng)(w_ww*dnw_xzs*co_m圖片如下：4、 輸出端過壓保護輸出端輸出過

15、高的電壓，會對電腦配件造成致命的損害，因此防止輸出過壓是非常重要的功能，在磐石355的輸出端的控制電路中，分布著一些穩(wěn)壓管，當比較器檢測到的輸出電壓與基準電壓偏差較大時，穩(wěn)壓管就會對電壓進行調(diào)整。電+腦*維+修-知.識_網(wǎng)(w_ww*dnw_xzs*co_m圖片如下：5、 輸出端過載保護電源是能量的轉(zhuǎn)換設備，而不是像電池是存儲能量的設備，因此其輸出不受額定功率的限制，比如額定150W的電源，可以提供200W甚至更高的功率，但此時輸出電壓將出現(xiàn)很大的波動，跌出正常的5%的范圍，并且產(chǎn)生的熱量甚至可以燒毀電源，因此不設過載保護的電源是危險的。過載保護的機理與過流保護一樣，也是由控制電路和驅(qū)動變壓器

16、進行的。電+腦*維+修-知.識_網(wǎng)(w_ww*dnw_xzs*co_m6、 輸出端短路保護輸出端短路時，LM339N的比較器會偵測到電流的變化，并通過驅(qū)動變壓器、PWM關斷開關管的輸出。相關圖片如下：7、 溫度控制電腦電源的轉(zhuǎn)換效率通常在7080%之間，這就意味著相當一部分能量將轉(zhuǎn)化為熱量，熱量積聚在電源中不能及時散發(fā)，會使電源局部溫度過高，從而對電源造成傷害。一些電源設計了溫控電路，散熱片附近的溫度探頭會檢測電源內(nèi)部溫度，并智能調(diào)整風扇轉(zhuǎn)速，對電源內(nèi)部溫度進行控制。相關圖片如下：電源不僅要保證輸出到電腦配件的功率，還必須保證輸出的質(zhì)量。電+腦*維+修-知.識_網(wǎng)(w_ww*dnw_xzs*c

17、o_m穩(wěn)壓電路通常是從電源輸出端的輸出電壓取樣出部分電壓與標準電壓作比較，比較出的差值經(jīng)過放大后去調(diào)節(jié)開關管的所占空比。從而達到電壓的穩(wěn)定。保護電路作用是通過檢測各端輸出電壓或電流的變化，當輸出端發(fā)生短路、過壓、過流、過載、欠壓等現(xiàn)象時，保護電路動作，切斷開關管的激勵信號，使開關管停振，輸出電壓和電流為零。起到保護作用。穩(wěn)壓、保護、振蕩電路、控制電路均集成在一塊IC上如圖：電源的散熱風扇不僅可以冷卻電源內(nèi)部元件，而且可以起到冷卻整個系統(tǒng)的作用，但要定期清潔，如果使用中感覺風扇噪音變大，應清理里面的灰塵（或換一個質(zhì)量好的風扇）以提高電源工作時的穩(wěn)定性。電+腦*維+修-知.識_網(wǎng)(w_ww*dnw

18、_xzs*co_m電源的性能指標在購買電源時要特別注意一下電源表面的標簽標有的電源功率大小、交流輸入電壓和直流輸出電壓的詳細指標。此外，還要注意一下電源的認證情況，進口電源還標有國際認證的FCC A 和FCC B 標準，在國內(nèi)也有國標A （工業(yè)級）和國標B 級（家用電器級）標準，中國電子工業(yè)合格產(chǎn)品標準， 長城認證電源、3 C 認證等權(quán)威認證（如圖8 ）。電源的功率電源能夠輸出的功率，與開關管、開關變壓器、電源的散熱設計都有關系，其中，開關管是關鍵部件。三極管輸出電流越大、內(nèi)阻越小，電源輸出的功率就會越大。使用兩個KSE13007三極管作為開關管，采用TO-220的封裝，個頭較小，使用這種元件

19、的電源其輸出功率一般只能最大輸出200到250W；而使用TO-03封裝的2SC2625三極管的電源可以提供250300W的輸出功率，這種三極管的個頭要大一些，所以通過三極管外形的識別也能夠快速的區(qū)分電源最大輸出功率的高低。還有很多電源采用13009三極管，通常用在250300W的電源上。電+腦*維+修-知.識_網(wǎng)(w_ww*dnw_xzs*co_m電壓的波動電壓的波動與電源的負載有很大關系，隨著硬件數(shù)量的增加，耗電量也隨之增加，電源各個輸出端的輸出電流也會明顯增加，而電源固有的內(nèi)阻將會損耗掉部分能量而導致輸出電壓逐漸降低，當負載超過電源的限度時其輸出電壓就會產(chǎn)生明顯的下降，所以我們可以從電源的

20、各個輸出端電壓值下降的幅度來判斷電源是否已經(jīng)出現(xiàn)功率不足的情況。電+腦*維+修-知.識_網(wǎng)(w_ww*dnw_xzs*co_m為了保證輸出電壓的穩(wěn)定，ATX電源內(nèi)部設計了一套補償電路，能夠根據(jù)輸出電壓下跌的幅度自動進行補償來抵消輸出電壓的下降，但通常ATX電源并沒有為每一路輸出電壓提供單獨的穩(wěn)壓電路，而是同時補償，比如+3.3V、+5V和+12V中的+5V因為負載太大而導致輸出電壓開始下降，電源會同時增加這三路的輸出電壓，并不會單獨對+5V進行控制，其結(jié)果必然導致+3.3V和+12V的輸出電壓過渡補償而超過額定的電壓，當電源設計欠佳或輸出功率不足時這種特有的現(xiàn)象就更加明顯！BIOS顯示的電壓以