上圖工作原理簡述:
220V交流電經(jīng)過第一、二級EMI濾波后變成較純凈的50Hz交流電,經(jīng)全橋整流和濾波后輸出300V的直流電壓。300V直流電壓同時加到主開關(guān)管、主開關(guān)變壓器、待機電源開關(guān)管、待機電源開關(guān)變壓器。
由于此時主開關(guān)管沒有開關(guān)信號,處于截止狀態(tài),因此主電源開關(guān)變壓器上沒有電壓輸出,上圖中的-12V至3.3V,5組電壓均沒電壓輸出。
但我們同時注意到,300V直流電加到待機電源開關(guān)管和待機電源開關(guān)變壓器后,由于待機電源開關(guān)管被設(shè)計自激式振蕩方式,待機電源開關(guān)管立即開始工作,在待機電源開關(guān)變壓器的次級上輸出二組交流電壓,經(jīng)整流濾波后,輸出+5VSB和+22V電壓,+22V電壓是專門為主控IC供電的。+5VSB加到主板上作為待機電壓。當用戶按動機箱的Power啟動按鍵后,(綠)色線處于低電平,主控IC內(nèi)部的振蕩電路立即啟動,產(chǎn)生脈沖信號,經(jīng)推動管放大后,脈沖信號經(jīng)推動變壓器加到主開關(guān)管的基極,使主開關(guān)管工作在高頻開關(guān)狀態(tài)。主開關(guān)變壓器輸出各組電壓,經(jīng)整流和濾波后得到各組直流電壓,輸出到主板。但此時主板上的CPU仍未啟動,必須等+5V的電壓從零上升到95%后,IC檢測到+5V上升到4.75V時,IC發(fā)出P.G信號,使CPU啟動,電腦正常工作。
當用戶關(guān)機時,綠色線處于高電平,IC內(nèi)部停止振蕩,主開關(guān)管因沒有脈沖信號而停止工作。-12至+3.3的各組電壓降至降至為零。電源處于待機關(guān)機狀態(tài)。
輸出電壓的穩(wěn)定則是依賴對脈沖寬度的改變來實現(xiàn),這就叫做脈寬調(diào)制PWM。由高壓直流到低壓多路直流的這一過程也可稱DC-DC變換,是開關(guān)電源的核心技術(shù)。采用開關(guān)變換的顯著優(yōu)點是大大提高了電能的轉(zhuǎn)換效率,典型的PC電源效率為70-75%,而相應(yīng)的線性穩(wěn)壓電源的效率僅有50%左右。
保護電路的工作原理:
在正常使用過程中,當IC檢測到負載處于:短路、過流、過壓、過載等狀態(tài)時,IC內(nèi)部發(fā)出信號,使內(nèi)部的振蕩停止,主開關(guān)管因沒有脈沖信號而停止工作。從而達到保護電源的目的。
由上述原理可知,即使我們關(guān)了電腦后,如果不切斷交流輸入端,待機電源是一直工作的,電源仍有5到10瓦的功耗和。
內(nèi)部電路結(jié)構(gòu):
電源的內(nèi)部電路分為抗干擾電路、整流濾波電路、開關(guān)電路、保護電路、輸出電路等。
抗干擾電路電源的抗干擾電路位于電源輸入插座后,由線圈和電容組成一個濾波電路,它可以濾除電源線上的高頻雜波和同相干擾信號,構(gòu)成了電源抗電磁干擾的第一道防線。由于這部分電路不影響電源的正常工作,很多便宜的電源會把它省略。隨著3C認證制度的實施,在這部分開始增加PFC(功率因數(shù)校正)電路,凡是3C認證的電腦電源,必須增加PFC電路。PFC電路可以減少對電網(wǎng)的諧波污染和干擾。PFC電路有兩種:有源PFC和無源PFC。無源PFC一般采用電感補償方法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(shù),有源PFC由電感電容及電子元器件組成,能夠獲得更高的功率因數(shù),但成本也相對較高。有源PFC電路具有低損耗和高可靠性等優(yōu)點,可獲得調(diào)試穩(wěn)定的輸出電壓,因此,有源PFC的電源不需要采用很大容量的濾波電容。PFC電路是面已經(jīng)提到PFC,PFC電路稱為功率因素校正電路,功率因素超高,電能利用率就越大,目前PFC電路有兩種方式:無源PFC(對稱作被動式PFC)和有源PFC(主動式PFC)。
無涯PFC
無涯PFC:通過一個笨重的工頻電感來補嘗交流輸入的基波電流與電壓的相位差,強逼電流與電壓相位一致。無涯PFC效率較低,一般只有65-70%,且所用工頻電感又大又笨重,但由于其成本低,許多ATX電源都采用這種方式。
有源PFC:
有源PFC由電子元器件組成,體積小重量輕,通過專通的IC去調(diào)整電流波形的相位,效率大大提高,達95%以上。采用有源PFC的電源通常輸入端只有一只高壓濾波電容,同時由于有源PFC本身可作輔助電源,因而可省去待機電源,而且采用有源PFC的電源輸出電壓紋波極小。但由于有源PFC成本較高,所以通常只有在高級應(yīng)用場合才能見到。如下圖所示:
實物圖如下圖所示:

EMI濾波電路:
EMI濾波器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。實際上它是利用電感和電容的特性,使頻率為50Hz左右的交流電可以順利通過濾波器,但高于50Hz以上的高頻干擾雜波被濾波器濾除,所以它又有另外一種名稱,將EMI濾波器稱為低通濾波器(彩電上的稱法),其意義為,低頻可以通過,而高頻則被濾除。下面是EMI濾波電路的線路圖:
上圖中的C1和L1組成第一級EMI濾波,C2、C3、C4與L2組成第二級濾波。實物圖如下所示:
一級EMI濾波電路:
二級EMI濾波電路:
兩道EMI濾波電路都做在PCB板上的[下圖]
在優(yōu)質(zhì)電源中,都有兩道EMI濾波電路,其中一路在電源插座處,另外一路在電源的PCB板上(也有把兩把EMI濾波電路都做在PCB板上的情況),這兩道EMI電路,可以很好地濾除電網(wǎng)中的高頻雜波和同相干擾電流,同時把電源中產(chǎn)生的電磁輻射削減到最低限度,使泄漏到電源外的電磁輻射量不至于對人體或其它設(shè)備造成不良影響。劣質(zhì)電源通常會省去第一級EMI濾波電路,甚至連第二級EMI濾波電路也省掉。省掉了第一道EMI(如下圖)。
整流濾波電路:
整流濾波電路由一個全橋和兩個高壓電解電容組成。全橋內(nèi)部就是四個二極管,它負責把交流電轉(zhuǎn)換成直流電。整流后的直流電波動很大,為了得到穩(wěn)定的電壓,需要用濾波電容濾波,濾波以后,電壓就比較穩(wěn)定了,整流全橋的耐壓一般在600V以上,它根據(jù)輸出功率的大小選擇最大電流,全橋后面的兩個高大的筒狀元件就是高壓電解電容,其作用是濾除電流中的雜波,輸出平穩(wěn)的直流電,濾波電容的容量大小和濾波效果有很大關(guān)系。容量大的高壓電解電容一般在470μF以上,如筆者的電源采用了680μF容量的高壓電容。
橋式整流和濾波:
將輸入端的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖直流電,目前有兩種形式,一種是用四個二極管組成橋式整流電路;另一種是將四個二極管封裝在一起。兩種接法效果都一樣,二極管的正向?qū)娏鞑恍∮?A,反向擊穿電壓不小于700V。
高壓部分的濾波主要由電容組成,一般有二個電容:200W電源,電容≥330μF;250W電源,電容≥470μF;300W電源,電容≥680μF。
上圖,L1和C3組成無源PFC電路,C1、C2為濾波電容。實物圖如下圖:
高壓濾波電容
低壓濾波電路:
劣質(zhì)電源使用小容量的濾波電容,以降低成本,如200W只用220μF,300W只用470μF,甚至使用舊電容來降低成本。PFC電感量不足或省掉PFC。
開關(guān)電路
開關(guān)電路是電源的核心部分。主要由開關(guān)管、PWM控制芯片、開關(guān)變壓器和高頻整流二極管組成。由開關(guān)管和PWM控制芯片構(gòu)成振蕩電路,產(chǎn)生高頻脈沖,經(jīng)開關(guān)變壓器得到多組輸出,各組輸出經(jīng)高頻整流二極管整流得到不同的電壓(圖3)。開關(guān)電路的輸出端和輸入端有反饋電路,因而電路可根據(jù)輸出端反饋的信號自動調(diào)整振蕩頻率,從而影響輸出電壓。當輸出電壓偏高時,振蕩頻率會因反饋信號而降低,從而使輸出電壓也降低,反之亦然。通常電壓功率大的話,開關(guān)變壓器的體積也會大一些。PWM控制芯片用于驅(qū)動開關(guān)管輸出的工作電壓,該控制炭疽熱型號往往是TL494或相同功能的KA7500B(圖4),輔助的電路還包括基準電壓電路、取樣電路、比較電流和保護電路。
由于開關(guān)電源的開關(guān)管只工作在“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài),關(guān)的時候幾乎不消耗功率,而開的時候由于自身壓降很小,所以自身的損耗也很小,這就是開關(guān)電源發(fā)熱量低、效率高的原因。高頻開關(guān)變壓器同樣是整個電路中的核心部件(圖5)。
經(jīng)過設(shè)點開關(guān)變壓器降壓后的電流同樣要使用二極管和電容進行整流和濾波,只是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此任,而整流部分使用的電容不但容量要大,還要有較低的交流電阻才行,否則就無法濾除電流中的高頻交流電成份。此外還能見到一兩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電成份,保證輸出純凈的直流電(圖6)。一款優(yōu)質(zhì)的電源的電感線圈不僅尺寸大,而且絨線也很規(guī)范。而劣質(zhì)電源的線圈非常小而且絨線不規(guī)則,附近的濾波電容民非常小。
開關(guān)三極管和開關(guān)變壓器是開關(guān)電源的核心部件,通過自激式或它激式(需要一個獨立的脈沖信號振蕩器,ATX電源的主開關(guān)管采用這種方式)使開關(guān)三極管工作在飽和、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)壓后輸出各路直流電壓。所以開關(guān)三極管和開關(guān)變壓器的質(zhì)量直接影響電源的質(zhì)量和使用壽命,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。下圖散熱片下面就是開關(guān)三極管:
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