鉅大LARGE | 點擊量：1133次 | 2020年06月14日
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;
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
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)該增加一些保護電路,比如空載、短路等電氣保護,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行變壓,從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓輸出負載的電氣產(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)該增加一些保護電路,比如空載、短路等保護,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),所以無法準確的判斷變壓器到底能輸出多大的功率,只有通過電子負載機測量才能知道,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)電路控制信號進行放大以驅(qū)動開關(guān)管進行工作,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)進行物理隔離.另外一個完全是一套獨立的小型開關(guān)電源,這就是我們所說的待機電路,其輸出的電壓為電源的主電路供電,同時通過+5VStandBy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)管都需要單獨的散熱片進行散熱,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準電壓作比較,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,從而達到電壓的穩(wěn)定.保護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,起到保護作用.
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