开关电源原理简介ppt课件

1、开关电源原理简介 -零件篇,-2005/12/22,1,一.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,2,技术术语 (Desktop power supply),3,技术术语(Adapter),4,二.开关电源的TOP结构,5,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),6,隔离式电源模式:,Fly-back 反激式,Forward 正

2、激式,Push-pull 推挽式,half-bridge 半桥式,Full-bridge 全桥式,7,Power Supply Development电源供应器发展史,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,ATX 12V对CPU供电的4PIN +12V电压提高至+12.8V(+

3、/-12%) 降低了MAIN CONNECT的+12V电流强度.,在ATX/ATX 12V的电源的基础上重新定义Main Connect 的Pin脚由20Pin 增加到24Pin，增加了对风扇的控制(FAN CMD、FAN OFF、FAN SINK、3.3V R/S），不与以前的ATX电源兼容。,AT: 6Pin+6Pin,ATX: 20Pin,ATX 12V: 20Pin+4Pin,ATX 12V LN (Low Noise):24Pin+4Pin,三.开关电源的分类,ATATX ATX 12V ATX 12V LN 根据PC主板架构变化,8,四.开关电源的原理介绍,ATX电源的工作原理方块

4、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。,9,EMI滤波电路,Active PFC电路,全波整流,PWM+PFC Driver IC(ML4800),5V Standby 电路,保护IC (WT7515),输出整流+滤波电路,风扇控制电路及IC(TL594),10,五.PFC (Power Factor Correction)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： 假如现在有一台发电机，它最大能输出120VAC，15A的电流，即它的输出功率最大是12015=180

5、0W,现在如果有一台PF (power factor)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：18000.980.55=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18000.980.99=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；,11,二端网络的功率(单相电路) 视在功率 S=V*I (伏安VA) 有功功率 P=VR*I=V*

6、Cos *I=S *Cos (瓦W) 实部 无功功率 Q=VX*I=V*Sin *I=S *Sin (乏Var) 虚部 Q0时电路呈感性 Q0时电路呈容性。 功率因子 =PF= Cos, 角为功率因子角S2=P2+Q2,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,Q0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,减小角,以提高功率因子 PF.,PFC (Power Factor Correction)之意义-Passive PFC,12,PFC (Power Factor Correction)之意义-Passive PFC,PFC Choke,13,APFC是利

7、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:95V264V-即全幅输入.由Boost电路的Duty对其进行调整.,Output driver for PFC,Out driver for PWM,PFC (Power Factor Correction)之意义-Active PFC,Boost升压电路电路.由IC (PFC+PWM芯片ML4800或MC6800)控制其Duty的变化,14,PC电源零件简介(主要静电敏感元件),15,六.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

8、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.若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部分通过磁导率较高的磁芯,但小

9、部分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.,16,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达到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 (

10、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/CM Choke/DM Choke (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。,17,Timing/Housekeeping/ Control(電源的時序),T1: Po

11、wer-On Time (T1500mS) T2 : Rise Time (T220mS) T3: P.G delay Time (100mST3500mS) T4: P.G Rise Time (T410mS) T5: Hold up Time(T516mS) T6: Power-down Warning (T61mS),七.電腦電源的主要電性能參數指標,18,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():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)=BA) 3.磁导率(u):表征导磁物质的导磁能力的大小. 4.磁场强度(H):在任何介质中,磁场