關(guān)于開關(guān)電源的工作原理的介紹
開關(guān)電源在我們平時的口述中就是指開關(guān)和電源兩種東西.
專業(yè)書籍中的開關(guān)電源是指利用現(xiàn)代電力技術(shù),控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源,開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。
開關(guān)電源種類大體可以分為隔離和非隔離兩種,隔離型的必定有開關(guān)變壓器,而非隔離的未必一定有.
開關(guān)電源的工作原理是:
1.交流電源(如50HZ)輸入經(jīng)過整流濾波,成直流電源;
2.通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關(guān)管,將直流電源加到開關(guān)變壓器初級上;
3.開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負(fù)載;
4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的.
交流電源輸入時一般要經(jīng)過厄流圈一類的東西進(jìn)行濾波整流,過濾掉與電網(wǎng)上的相互干擾;
在功率相同時,開關(guān)頻率越高,開關(guān)變壓器的體積就越小,但對開關(guān)管的要求就越高;
開關(guān)變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭,以得到需要的輸出;
應(yīng)該增加一些保護(hù)電路,比如空載、短路等電氣保護(hù),來防止燒毀開關(guān)電源.
開關(guān)電源高頻化是今后的發(fā)展方向,有著廣闊的發(fā)展前景,開關(guān)電源高頻化使其小型化,并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化. 另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義.
開關(guān)電源是指先將交流電源整流濾波成直流電源,用通過電路控制開關(guān)管進(jìn)行高速的道通與截止,將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓,從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓輸出負(fù)載的電氣產(chǎn)品. 轉(zhuǎn)化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50Hz高很多,所以開關(guān)變壓器可以做的很小,而且工作時不是很熱.成本很低.如果不將50Hz變?yōu)楦哳l那開關(guān)電源就沒有意義
開關(guān)電源的工作原理是:
1.交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流電源;
2.通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關(guān)管,將直流加到開關(guān)變壓器初級上;
3.開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負(fù)載;
4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的.
開關(guān)電源電路:
開關(guān)電源設(shè)計: 開關(guān)電源大體可以分為隔離式和非隔離式兩種,隔離型的必定有開關(guān)變壓器,而非隔離的未必一定有. 交流電源輸入時一般要經(jīng)過厄流圈一類的東西,過濾掉電網(wǎng)上的干擾,同時也過濾掉電源對電網(wǎng)的干擾;
在功率相同時,開關(guān)頻率越高,開關(guān)變壓器的體積就越小,但對開關(guān)管的要求就越高;
開關(guān)變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭,以方便得到需要的電壓輸出;
還應(yīng)該增加一些保護(hù)電路,比如空載、短路等保護(hù),否則可能會燒毀開關(guān)電源.
開關(guān)電源工作原理
ATX電源的主要組成部分
EMI濾波電路：EMI濾波電路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(guān)電源本身對外界的電磁干擾,在優(yōu)質(zhì)電源中一般都有兩極EMI濾波電路.
一級EMI電路：交流電源插座上焊接的是一級EMI電源濾波器電路,這是一塊獨(dú)立的電路板,是交流電輸入后所經(jīng)過的第一組電路,這個由扼流圈和電容組成的低通網(wǎng)絡(luò)能濾除電源線上的高頻雜波和同相干擾信號,同時也將電源內(nèi)部的干擾信號屏蔽起來,構(gòu)成了電源抗電磁干擾的第一道防線.
二級EMI電路：市電進(jìn)入電源板后先通過電源保險絲,然后再次經(jīng)過由電感和電容組成的第二道EMI電路以充分濾除高頻雜波,然后再經(jīng)過限流電阻進(jìn)入高壓整流濾波電路.保險絲能在電源功率太大或元件出現(xiàn)短路時熔斷以保護(hù)電源內(nèi)部的元件,而限流電阻含有金屬氧化物成分,能限制瞬間的大電流,減少電源對內(nèi)部元件的電流沖擊.
橋式整流器和高壓濾波：經(jīng)過EMI濾波后的市電,再經(jīng)過全橋整流和電容濾波后就變成了高壓的直流電.將輸入端的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖直流電,目前有兩種形式,一種是全橋就是把四個二極管封裝在一起,一種是用4個分立的二極管組成橋式整流電路,作用相同,效果也一樣.
一般說來,在全橋附近應(yīng)該有兩個或更多的高大桶狀元件,即高壓電解電容,其作用是將脈動的直流電濾除交流成分而輸出比較平穩(wěn)的直流電.高壓電解電容的使用與開關(guān)電路的設(shè)計有密切關(guān)系,其容量往往是以往電源評測時的焦點,但實際上它的容量和電源的功率毫無關(guān)系,不過增大它的容量會減小電源的紋波干擾,提高電源的電流輸出質(zhì)量.
PFC電路：PFC電路稱為功率因素校正或補(bǔ)償電路,功率因素越高,電能利用率就越大.
目前PFC電路有兩種方式,一種是無源式PFC,又稱被動式PFC,一種是有源式PFC,又稱主動式PFC.無源式PFC是通過一個工頻電感來補(bǔ)償交流輸入的基波電流與電壓的相位差,迫使電流與電壓相位一致,無源PFC效率較低,一般只有65%-70%,且所用的工頻電感又大又笨重,但由于成本低,仍有許多 ATX電源采用這種方式.有源PFC是由電子元器件組成的,體積小,重量輕,通過專用的IC去調(diào)整電流波形的相位,效率大大提高,達(dá)95%以上,但由于成本較高,通常只能在高級應(yīng)用場合才能看到.
開關(guān)三極管與開關(guān)變壓器：開關(guān)電源顧名思義其核心就是開關(guān)二字.開關(guān)三極管和開關(guān)變壓器是開關(guān)電源的核心部件,通過自激式或他激式使開關(guān)管工作在飽和、截止（即開、關(guān)）狀態(tài),從而在開關(guān)變壓器的副繞組上感應(yīng)出高頻電壓,再經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓后輸出各種直流電壓.開關(guān)三極管和開關(guān)變壓器是ATX電源的核心部件,其質(zhì)量直接影響電源的好壞和使用壽命,尤其是開關(guān)三極管,工作在高反壓狀態(tài)下,沒有足夠的保護(hù)電路,很容易擊穿燒毀.開關(guān)管的品質(zhì)直接決定了電源的穩(wěn)定性,它也是電源中主要的發(fā)熱元件,拆開電源后看到的主散熱片上的兩個晶體管就是開關(guān)管.
影響高頻開關(guān)變壓器性能的因素包括鐵氧體的效率、磁芯截面積的大小和磁隙的寬度,截面積過小的變壓器容易產(chǎn)生磁飽和而無法輸出較大的功率,各個繞組的匝數(shù)直接影響輸出的電壓,通常我們無法具體的掌握這些參數(shù),所以無法準(zhǔn)確的判斷變壓器到底能輸出多大的功率,只有通過電子負(fù)載機(jī)測量才能知道,另外,開關(guān)變壓器的輸出端雖然很多,但其中的某些輸出端使用的卻是相同的繞組,比如+3.3VDC和+5VDC就是這樣,所以當(dāng)+3.3VDC輸出最大電流時+ 5VDC就無法輸出很大的電流了,所以我們不能將電源各個輸出端的功率進(jìn)行簡單的累加.
除主變壓器外,一般電源內(nèi)還應(yīng)有兩個小變壓器,其中一個將開關(guān)電路控制信號進(jìn)行放大以驅(qū)動開關(guān)管進(jìn)行工作,同時還可以將開關(guān)管工作的高壓區(qū)和集成電路工作的低壓區(qū)進(jìn)行物理隔離.另外一個完全是一套獨(dú)立的小型開關(guān)電源,這就是我們所說的待機(jī)電路,其輸出的電壓為電源的主電路供電,同時通過+5V StandBy端輸出到主板來實現(xiàn)喚醒功能.
低壓整流濾波電路：經(jīng)過高頻開頭變壓器降壓后的脈動電壓同樣要使用二極管和電容進(jìn)行整流和濾波,只是此時整流時的工作頻率很高,必須使用具有快速恢復(fù)功能的肖特基整流二極管,普通的整流二極管難當(dāng)此任,而整流部分使用的電容也不能有太大的交流阻抗,否則就無法濾除其中的高頻交流成分,因此選擇的電容不但容量要大,還要有較低的交流電阻才行,此外還能見到1、2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成分,保證輸出純凈的直流電.
由于低壓整流端需要輸出很大的電流,所以整流二極管同樣會產(chǎn)生大量的熱量,這些二極管與前面的開關(guān)管都需要單獨(dú)的散熱片進(jìn)行散熱,電源中另一個散熱片上所固定的就是這些元件.從這些元件輸出的就是各種不同電壓的輸出電流了.
穩(wěn)壓和保護(hù)電路：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(biāo)準(zhǔn)電壓作比較,比較出的差值經(jīng)過放大后去驅(qū)動開關(guān)三極管,調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比,從而達(dá)到電壓的穩(wěn)定.保護(hù)電路的作用是通過檢測各端輸出電壓或電流的變化,當(dāng)輸出端發(fā)生短路、過壓、過流、過載、欠壓等到現(xiàn)象時,保護(hù)電路動作,切斷開關(guān)管的激勵信號,使開關(guān)管停振,輸出電壓和電流為零,起到保護(hù)作用.
專業(yè)書籍中的開關(guān)電源是指利用現(xiàn)代電力技術(shù),控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源,開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。
開關(guān)電源種類大體可以分為隔離和非隔離兩種,隔離型的必定有開關(guān)變壓器,而非隔離的未必一定有.
開關(guān)電源的工作原理是:
1.交流電源(如50HZ)輸入經(jīng)過整流濾波,成直流電源;
2.通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關(guān)管,將直流電源加到開關(guān)變壓器初級上;
3.開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負(fù)載;
4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的.
交流電源輸入時一般要經(jīng)過厄流圈一類的東西進(jìn)行濾波整流,過濾掉與電網(wǎng)上的相互干擾;
在功率相同時,開關(guān)頻率越高,開關(guān)變壓器的體積就越小,但對開關(guān)管的要求就越高;
開關(guān)變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭,以得到需要的輸出;
應(yīng)該增加一些保護(hù)電路,比如空載、短路等電氣保護(hù),來防止燒毀開關(guān)電源.
開關(guān)電源高頻化是今后的發(fā)展方向,有著廣闊的發(fā)展前景,開關(guān)電源高頻化使其小型化,并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化. 另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義.
開關(guān)電源是指先將交流電源整流濾波成直流電源,用通過電路控制開關(guān)管進(jìn)行高速的道通與截止,將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓,從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓輸出負(fù)載的電氣產(chǎn)品. 轉(zhuǎn)化為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50Hz高很多,所以開關(guān)變壓器可以做的很小,而且工作時不是很熱.成本很低.如果不將50Hz變?yōu)楦哳l那開關(guān)電源就沒有意義
開關(guān)電源的工作原理是:
1.交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流電源;
2.通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關(guān)管,將直流加到開關(guān)變壓器初級上;
3.開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負(fù)載;
4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路,控制PWM占空比,以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的.
開關(guān)電源電路:
開關(guān)電源設(shè)計: 開關(guān)電源大體可以分為隔離式和非隔離式兩種,隔離型的必定有開關(guān)變壓器,而非隔離的未必一定有. 交流電源輸入時一般要經(jīng)過厄流圈一類的東西,過濾掉電網(wǎng)上的干擾,同時也過濾掉電源對電網(wǎng)的干擾;
在功率相同時,開關(guān)頻率越高,開關(guān)變壓器的體積就越小,但對開關(guān)管的要求就越高;
開關(guān)變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭,以方便得到需要的電壓輸出;
還應(yīng)該增加一些保護(hù)電路,比如空載、短路等保護(hù),否則可能會燒毀開關(guān)電源.
開關(guān)電源工作原理
ATX電源的主要組成部分
EMI濾波電路：EMI濾波電路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(guān)電源本身對外界的電磁干擾,在優(yōu)質(zhì)電源中一般都有兩極EMI濾波電路.
一級EMI電路：交流電源插座上焊接的是一級EMI電源濾波器電路,這是一塊獨(dú)立的電路板,是交流電輸入后所經(jīng)過的第一組電路,這個由扼流圈和電容組成的低通網(wǎng)絡(luò)能濾除電源線上的高頻雜波和同相干擾信號,同時也將電源內(nèi)部的干擾信號屏蔽起來,構(gòu)成了電源抗電磁干擾的第一道防線.
二級EMI電路：市電進(jìn)入電源板后先通過電源保險絲,然后再次經(jīng)過由電感和電容組成的第二道EMI電路以充分濾除高頻雜波,然后再經(jīng)過限流電阻進(jìn)入高壓整流濾波電路.保險絲能在電源功率太大或元件出現(xiàn)短路時熔斷以保護(hù)電源內(nèi)部的元件,而限流電阻含有金屬氧化物成分,能限制瞬間的大電流,減少電源對內(nèi)部元件的電流沖擊.
橋式整流器和高壓濾波：經(jīng)過EMI濾波后的市電,再經(jīng)過全橋整流和電容濾波后就變成了高壓的直流電.將輸入端的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖直流電,目前有兩種形式,一種是全橋就是把四個二極管封裝在一起,一種是用4個分立的二極管組成橋式整流電路,作用相同,效果也一樣.
一般說來,在全橋附近應(yīng)該有兩個或更多的高大桶狀元件,即高壓電解電容,其作用是將脈動的直流電濾除交流成分而輸出比較平穩(wěn)的直流電.高壓電解電容的使用與開關(guān)電路的設(shè)計有密切關(guān)系,其容量往往是以往電源評測時的焦點,但實際上它的容量和電源的功率毫無關(guān)系,不過增大它的容量會減小電源的紋波干擾,提高電源的電流輸出質(zhì)量.
PFC電路：PFC電路稱為功率因素校正或補(bǔ)償電路,功率因素越高,電能利用率就越大.
目前PFC電路有兩種方式,一種是無源式PFC,又稱被動式PFC,一種是有源式PFC,又稱主動式PFC.無源式PFC是通過一個工頻電感來補(bǔ)償交流輸入的基波電流與電壓的相位差,迫使電流與電壓相位一致,無源PFC效率較低,一般只有65%-70%,且所用的工頻電感又大又笨重,但由于成本低,仍有許多 ATX電源采用這種方式.有源PFC是由電子元器件組成的,體積小,重量輕,通過專用的IC去調(diào)整電流波形的相位,效率大大提高,達(dá)95%以上,但由于成本較高,通常只能在高級應(yīng)用場合才能看到.
開關(guān)三極管與開關(guān)變壓器：開關(guān)電源顧名思義其核心就是開關(guān)二字.開關(guān)三極管和開關(guān)變壓器是開關(guān)電源的核心部件,通過自激式或他激式使開關(guān)管工作在飽和、截止（即開、關(guān)）狀態(tài),從而在開關(guān)變壓器的副繞組上感應(yīng)出高頻電壓,再經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓后輸出各種直流電壓.開關(guān)三極管和開關(guān)變壓器是ATX電源的核心部件,其質(zhì)量直接影響電源的好壞和使用壽命,尤其是開關(guān)三極管,工作在高反壓狀態(tài)下,沒有足夠的保護(hù)電路,很容易擊穿燒毀.開關(guān)管的品質(zhì)直接決定了電源的穩(wěn)定性,它也是電源中主要的發(fā)熱元件,拆開電源后看到的主散熱片上的兩個晶體管就是開關(guān)管.
影響高頻開關(guān)變壓器性能的因素包括鐵氧體的效率、磁芯截面積的大小和磁隙的寬度,截面積過小的變壓器容易產(chǎn)生磁飽和而無法輸出較大的功率,各個繞組的匝數(shù)直接影響輸出的電壓,通常我們無法具體的掌握這些參數(shù),所以無法準(zhǔn)確的判斷變壓器到底能輸出多大的功率,只有通過電子負(fù)載機(jī)測量才能知道,另外,開關(guān)變壓器的輸出端雖然很多,但其中的某些輸出端使用的卻是相同的繞組,比如+3.3VDC和+5VDC就是這樣,所以當(dāng)+3.3VDC輸出最大電流時+ 5VDC就無法輸出很大的電流了,所以我們不能將電源各個輸出端的功率進(jìn)行簡單的累加.
除主變壓器外,一般電源內(nèi)還應(yīng)有兩個小變壓器,其中一個將開關(guān)電路控制信號進(jìn)行放大以驅(qū)動開關(guān)管進(jìn)行工作,同時還可以將開關(guān)管工作的高壓區(qū)和集成電路工作的低壓區(qū)進(jìn)行物理隔離.另外一個完全是一套獨(dú)立的小型開關(guān)電源,這就是我們所說的待機(jī)電路,其輸出的電壓為電源的主電路供電,同時通過+5V StandBy端輸出到主板來實現(xiàn)喚醒功能.
低壓整流濾波電路：經(jīng)過高頻開頭變壓器降壓后的脈動電壓同樣要使用二極管和電容進(jìn)行整流和濾波,只是此時整流時的工作頻率很高,必須使用具有快速恢復(fù)功能的肖特基整流二極管,普通的整流二極管難當(dāng)此任,而整流部分使用的電容也不能有太大的交流阻抗,否則就無法濾除其中的高頻交流成分,因此選擇的電容不但容量要大,還要有較低的交流電阻才行,此外還能見到1、2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成分,保證輸出純凈的直流電.
由于低壓整流端需要輸出很大的電流,所以整流二極管同樣會產(chǎn)生大量的熱量,這些二極管與前面的開關(guān)管都需要單獨(dú)的散熱片進(jìn)行散熱,電源中另一個散熱片上所固定的就是這些元件.從這些元件輸出的就是各種不同電壓的輸出電流了.
穩(wěn)壓和保護(hù)電路：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(biāo)準(zhǔn)電壓作比較,比較出的差值經(jīng)過放大后去驅(qū)動開關(guān)三極管,調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比,從而達(dá)到電壓的穩(wěn)定.保護(hù)電路的作用是通過檢測各端輸出電壓或電流的變化,當(dāng)輸出端發(fā)生短路、過壓、過流、過載、欠壓等到現(xiàn)象時,保護(hù)電路動作,切斷開關(guān)管的激勵信號,使開關(guān)管停振,輸出電壓和電流為零,起到保護(hù)作用.
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