开关电源原理简介分析

开关电源原理简介

----零件篇---2005/12/22传统的线性稳压电源现代的开关稳压电源优点电磁辐射和干扰会比较小,纹波小.瞬态响应较好﹐控制电路要简单。其具有功耗小效率高(可达70~95%)，稳压范围宽，可靠安全，体积小、重量轻、转换效率高、自身发热量小缺点承受过载﹑短路能力差﹑效率低(35~60%),体积庞大，不具有保护功能等特点电磁辐射和干扰会比较大,纹波比较大.瞬态响应较差﹐控制电路要复杂的多。调整管工作状态调整管工作于放大区(损耗功率大﹐采用大功率调整管﹐及大的散热器),连续控制的.调整管工作在截止区和饱和区,即开关状态。它截止时，相当机械开关的断开，饱和时，相当于机械开关的闭合。变压器工作频率和材料市电的频率固定在50Hz/60Hz上，采用硅钢片做为变压器的磁性材料，因此变压器的转换效率低。提高工作频率(达到数十KHz或数百KHz)来减少变压器的体积和重量，采用铁氧体做为变压器的磁性材料。特点原因调整管损耗功率大,尤其是大功率的线性电源往往是重量重,体积大，不适合计算机工业化的轻便设计原则.调整管功耗小,机内温升低,输出多路的低电压大电流的直流电要具备各种保护功能。一.开关电源同线性电源比较稳压电源的目的:提供稳定的低压直流,即从市电110/220Vac到3.3V/5V/12V/-12Vdc技术术语

(Desktoppowersupply)技术术语(Adapter)分类方法类别按激励方式划分他激式(开关器件控制信号由专门的控制电路产生)﹑自激式(借助于变换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期性开关的变换器)按DC/DC变换器的工作方式划分隔离型:正激式(ForwardConverter)﹑反激式(Fly-backConverter)﹑推挽式(Push-pullconverter)﹑半桥式(Half-bridgeconverter)﹑全桥式(Full-bridgeconverter)非隔离型:降压式(BuckConverter)﹑升压式(BoostConverter)﹑升降压式(Buck/BoostConverter)﹑CukConverter﹑ZetaConverter﹑SepicConverter按控制信号的隔离方式划分采用变压器的隔离方式﹑采用光电耦合的隔离方式按过流保护方式划分开关电流检测方式﹑输出电流检测方式二.开关电源的TOP结构非隔离式电源模型:Buck降压式Boost升压式Buck-boost升降压Cuk(Buck-boost的变形)Zeta(Buck-boost的变形)Sepic

(Buck-boost的变形)隔离式电源模式:

Fly-back反激式Forward正激式Push-pull推挽式half-bridge半桥式Full-bridge全桥式PowerSupplyDevelopment电源供给器开展史PC机电源在286到早期的586是AT电源。AT电源共有四路输出〔+5V、-5V、+12V、-12V〕，另外还向主板提供一个P.G信号Intel在1997年推出的ATX电源标准，它主要增加了3.3V和+5VSB两路输出电压和一个PS-ON信号。利用+5VSB和PS-ON信号，就可以实现软件关机、键盘开机、网络远程唤醒等功能。为了满足大功率CPU的要求,ATX12V对CPU供电的4PIN+12V电压提高至+12.8V(+/-12%)降低了MAINCONNECT的+12V电流强度.在ATX/ATX12V的电源的根底上重新定义MainConnect的Pin脚由20Pin增加到24Pin，增加了对风扇的控制(FANCMD、FANOFF、FANSINK、3.3VR/S〕，不与以前的ATX电源兼容。AT:6Pin+6PinATX:20PinATX12V:20Pin+4PinATX12VLN(LowNoise):24Pin+4Pin三.开关电源的分类ATATXATX12VATX12VLN根据PC主板架构变化四.开关电源的原理介绍ATX电源的工作原理方块图它主要包括:输入电网滤波电路、主变换电路、整流滤波输出电路、控制电路、保护电路、辅助电源等。EMI滤波电路ActivePFC电路全波整流PWM+PFCDriverIC(ML4800)

5VStandby电路保护IC(WT7515)输出整流+滤波电路风扇控制电路及IC(TL594)五.PFC

(PowerFactorCorrection)之意义P.F.=实际功率/视在功率(∫v*Idt)/(Vrms*Irms)

PFC的作用，可以这样理解：

假设现在有一台发电机，它最大能输出120VAC，15A的电流，即它的输出功率最大是120×15=1800W,现在如果有一台PF(powerfactor)很低的电源接到发电机上,该电源的效率是98%，PF是55%,那么该电源的输出端能提供的最大功率是：1800×0.98×0.55=970W,如果PF提高到99%，电源的输出端能提供的最大功率就会提升1800×0.98×0.99=1746W这样，对于同一个电源输出功率，高的PF电源，对发电机的容量要求就会降低；同样，对于同一个发电机，它用有限的功率,能同时供电给更多的电源；这样，由于无谓地往返发电机与电源之间电线上的谐波电流的造成损耗也相应会减少；二端网络的功率(单相电路)视在功率S=V*I(伏安VA)有功功率P=VR*I=V*Cosφ*I=S*Cosφ(瓦W)实部无功功率Q=VX*I=V*Sinφ*I=S*Sinφ(乏Var)虚部Q>0时﹐电路呈感性﹐Q<0时﹐电路呈容性。功率因子λ=PF=Cosφ,φ角为功率因子角﹐S2=P2+Q2φ角为功率因子角,是电压与电流的相位差,开关电源中容性负载重,Q<0﹐电路呈容性,电压V落后于电流I.所以可串联电感以中和容性,减小φ角,以提高功率因子PF.PFC

(PowerFactorCorrection)之意义----PassivePFCPFC

(PowerFactorCorrection)之意义-----PassivePFCPFCChokeAPFC是利用Boost升压式对输之Voltage和Current不同步而产生的功率因数进行矫正.此方式输入AC电压范围为:95V~264V----即全幅输入.由Boost电路的Duty对其进行调整.OutputdriverforPFC

OutdriverforPWMPFC

(PowerFactorCorrection)之意义---ActivePFCBoost升压电路电路.由IC(PFC+PWM芯片ML4800或MC6800)控制其Duty的变化PC电源零件简介(主要静电敏感元件)六.电脑电源的EMC电磁兼容要求5.5开关电源内噪声源(1)开关晶体管开关工作产生的噪声开关晶体管中流过较大的脉冲电流是矩形波,其中含有多种高次谐波,开关接通时由于变压器漏感和输出整流二极管的恢复特性形成电流震荡,二极管上产生浪涌电压.开关关断时变压器漏感也产生浪涌电压.(2)二极管反向恢复特性产生的噪声用PN结硅二极管进行高频整流时正向电流所积累电荷在加反向电压时不能马上消失,由于载流子的积蓄效应,二极管流经反向电流.这段时间称为反向恢复时间.假设反向电流恢复时的上升率Di/Dt较大时，由于电感作用要产生较大的尖峰电压．这就是恢复噪声．肖特级二极管原理上没有载流子的积蓄效应．固恢复噪声非常小．(3)变压器产生的噪声流经变压器绕组的电流形成磁通其中较大局部通过磁导率较高的磁芯,但小局部经过绕组与间隙辐射出去,即称为漏磁通.这漏磁通在回路中会形成电磁感应噪声.(4)电容产生的噪声由于交流输入的开关电源在输入侧接有整流与平滑回路.这就是电容输入型回路.这回路有导通角的充电电流流通.这电流变化要产生噪声.另外电容的等效串联电感影响也较大.

电脑电源的EMC电磁兼容要求(5)共模噪声:开关晶体管与输出整流二极管通常内部损耗较大﹐需要通过绝缘片接到散热器上散热。因此,晶体管的集电极与二极管的阴极与散热器间有较大的分布电容﹐由于开关工作时电压到达几百伏﹐因此产生共模噪声。5.6噪声抑制方法及对策(1)采用开关速度不太快的开关以及软恢复特性的二极管可以改善波形(即降低dv/dt;di/dt)。(2)使用吸收电路(RC/RCD/LC)与开关晶体管和输出整流二极管并联﹐可以降低浪涌电压。(3)滤波器:输入滤波器X-Cap/Y-Cap/CMChoke/DMChoke(4)屏蔽:a.静电屏蔽:在初,次侧之间接入相当于分布电容电极的导体(如变压器铁心)进行接地就可以使噪声旁路到地。b.磁屏蔽:在干扰者与被干扰者之间﹐如变压器与线圈之间,插入高磁导率的金属板可把漏磁通集中于金属板中。(5)把输出扼流线圈接在电源负回在线﹐可抑制共模噪声的产生。Timing/Housekeeping/Control(電源的時序)T1:Power-OnTime(T1<500mS)

T2:RiseTime(T2≦20mS)

T3:P.GdelayTime(100mS<T3<500mS)

T4:P.GRiseTime(T4≦10mS)

T5:HoldupTime(T5≧16mS)

T6:Power-downWarning(T6≧1mS)

七.電腦電源的主要電性能參數指標＊开关电源中的磁性元件磁性元件是整个电源中零件技术的核心一些概念:1.磁感应强度(B—磁通密度):单位长度导线放在均匀磁场中通过单位电流时所受力的大小(单位T(特斯拉)B=F/IL)2.磁通(Ф):垂直通过一个截面的磁力线的总量称为该面的磁通量,简称磁通.(单位Wb(韦伯)Ф=BA)3.磁导率(u):表征导