開關電源的結構和基本原理

開關電源的結構和基本原理第一頁，共三十二頁，2022年，8月28日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，這就叫做脈寬調制PWM。第二頁，共三十二頁，2022年，8月28日開關電源工作流程當市電進入電源后，先經過扼流線圈和電容濾波去除高頻雜波和干擾信號，然后經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。第三頁，共三十二頁，2022年，8月28日框圖一個典型的半橋式開關電源的結構流程圖第四頁，共三十二頁，2022年，8月28日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第五頁，共三十二頁，2022年，8月28日常用元器件性能及主要參數介紹電阻電容電感二極管三極管變壓器比較器PWM控制器第六頁，共三十二頁，2022年，8月28日電路圖一個典型的電路圖第七頁，共三十二頁，2022年，8月28日開關電源原理示意圖第八頁，共三十二頁，2022年，8月28日1經過了EMI濾波電路以及PFC電路的交流電波形第九頁，共三十二頁，2022年，8月28日2整流濾波電路后的波形輸出第十頁，共三十二頁，2022年，8月28日3從高壓濾波電容出來的電壓波形第十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日4經過開關管后的波形第十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日5經過變壓后的波形第十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日6低壓整流后的波形第十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日7終于得到了最終需要的電壓第十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日第十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日抗干擾電路（EMI）由一個線圈和兩個電容組成，通常有兩級EMI。功能：濾除由電網進來的各種干擾信號，防止電源開關電路形成的高頻擾竄電網。第十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日抗干擾電路（EMI）整流濾波電路開關電路PFC電路保護電路電路結構第十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日

PFC電路PFC（PowerFactorCorrection）即“功率因數校正”，主要用來表征電子產品對電能的利用效率。功率因數越高，說明電能的利用效率越高。通過CCC認證的電腦電源，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輸入電流產生嚴重的波形畸變，向電網注入大量的高次諧波，因此網側的功率因數不高，僅有0.6左右，并對電網和其它電氣設備造成嚴重諧波污染與干擾。

PFC有兩種，一種是無源PFC（也稱被動式PFC），一種是有源PFC（也稱主動式PFC）。第十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日無源PFC無源PFC一般采用電感補償方法，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，但無源PFC的功率因數不是很高，只能達到0.7~0.8。位置在第二層濾波之后，全橋整流電路之前。第二十頁，共三十二頁，2022年，8月28日有源PFC輸入電壓可以從90V到270V；高于0.99的線路功率因數，并具有低損耗和高可靠等優(yōu)點；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的濾波電容。

第二十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日EMI電路第二十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日整流濾波電路高壓整流濾波電路由一個全橋（由四個二極管組成）和兩個高壓電解電容組成。把220V交流市電轉換成300V直流電。低壓整流濾波電路由二極管和電解電容組成(12V使用快恢復管，5V和3.3V使用肖特基管)，如圖。第二十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日關鍵元件：輔助電源開關管、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，一路經整流、三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，輸出+5VSB，加到主板上作為待機電壓；另一路經整流濾波，輸出輔助+12V電源，供給PWM等芯片工作。

輔助電源電路第二十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日開關電路——核心部分

關鍵元件：PS-ON、精密穩(wěn)壓電路

、PWM控制芯片、推動管（由兩個三極管組成）、驅動變壓器、主開關變壓器原理：由推動管和PWM（PulseWidthModulation）控制芯片構成振蕩電路，產生高頻脈沖待機時，主板啟閉控制電路的電子開關斷開，PWM控制芯片封鎖調制脈寬輸出，使T2推動變壓器，T1主電源開關變壓器停振，停止提供輸出電壓。受控啟動后，主板啟閉電子開關接地。PWM控制芯片輸出脈寬調制信號并控制Q3、Q4的c極所接T2推動變壓器初級繞組的激勵振蕩，T2次級它激振蕩產生的感應電勢作用于T1主電源開關變壓器的一次繞組，二次繞組的感應電勢經整流形成＋33V，±5V，±12V的輸出電壓。第二十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日電壓比較器PWM控制芯片第二十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日PW-OK電路重要元件：電壓比較器。待機時PW-OK向主機輸出零電平的電源自檢信號，主機停止工作處于待命狀態(tài)。受控啟動后，PW-OK在開關電源輸出電壓穩(wěn)定后再延遲幾百毫秒由0電平起跳到＋5V，向主機輸出高電平的信號。該信號相當于AT電源的PG信號。主機檢測到PW-OK電源完好的信號后啟動系統(tǒng)。在主機運行過程中若遇市電掉電或關機時，PW-OK輸出信號比ATX開

關電源＋5V輸出電壓提前幾百毫秒消失，通知主機觸發(fā)系統(tǒng)在電源斷電前自動關閉，防止突然掉電時硬盤磁頭來不及移至著陸區(qū)而劃傷硬盤。

第二十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日保護電路——七重保護1、輸入端過壓保護：耐壓值為270V的壓敏電阻2、輸入端過流保護：保險絲3、輸出端過流保護：通過導線反饋，驅動變壓器就會相應動作，關斷電源的輸出。

4、輸出端過壓保護：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整。

5、輸出端過載保護：過載保護的機理與過流保護一樣，也是由控制電路和驅動變壓器進行的。6、輸出端短路保護：輸出端短路時，比較器會偵測到電流的變化，并通過驅動變壓器、PWM關斷開關管的輸出。

7、溫度控制：通過溫度探頭檢測電源內部溫度，并智能調整風扇轉速，對電源內部溫度進行控制。第二十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日第二十九頁，共三十二頁，