【正文】 開關(guān)電源工作原理詳細(xì)解析 第 45 頁 共 101 頁 雙管正激 ：就是有兩個(gè)開關(guān)管的正激。 半橋拓?fù)溟_關(guān)電源工作原理詳細(xì)解析 第 43 頁 共 101 頁 的電源有一大兩小，三個(gè)變壓器 。并聯(lián)工作的方式使得每路工作電流更低，有效地降低了開關(guān)電路的損耗；另一方面， PFC 輸入輸出電流頻率增加了一倍，有利于降低 EMI 電路的體積。 開關(guān)電源工作原理詳細(xì)解析 第 39 頁 共 101 頁 （圖中應(yīng)該為 PFC 輸出電容 ） 主動式 PFC 的 PFC 電 感比被動式 PFC 的電感小得多 ，并且有一個(gè)比較大的 PFC 輸入濾波薄膜電容； 只有主動式 PFC 的電源 ， 其主電容才能叫做 PFC 輸出電容 ，而沒有 PFC 或者被動式 PFC的電源的主電容只能叫做 主電容 或者 高壓電容 。 它分為兩種方法，一種叫做 ―電感補(bǔ)償法 ‖，另一種方法叫做 ―填谷電路式 ‖。功率因數(shù)越高，說明電能的利用效率越高， 計(jì)算機(jī)開關(guān)電源是一種電容輸入型電路 ，其電流和電壓之間的相位差會造成交換功率的損失， 因此為了降低損耗、 提高功率因數(shù) ，就誕生了 PFC 電路 。 開關(guān)電源工作原理詳細(xì)解析 第 33 頁 共 101 頁 連接在電流輸入接口的那部分叫做一級 EMI； 主電容的那一邊一般叫做 高壓側(cè) ，也叫做 一次側(cè) ，但說的準(zhǔn)確點(diǎn)，應(yīng)該叫做 高壓濾波電路 。 所以現(xiàn)在的電源基本上都不使用 **正激了。還有這款電源用的是 **正激是不是比雙管整激效率低些？ 第一，他用 470UF 的電容的確有點(diǎn) **道，但用料還算可以，用的是臺系電容，質(zhì)量比國產(chǎn)的好多了，但比日系電容還是差一個(gè)檔次，一般使用 3~4 年不 成問題。 長城 版 BTX500SE 雙卡王電源 作為一款比較高端發(fā)燒型 400W 電源，由于采 用了被動 PFC 電路設(shè)計(jì)，因此對電源的高壓濾波電容的要求較高，在用料方面電源采用了兩顆 1000uF 200V 規(guī)格的高壓濾波大電容，臺系電容都沒舍得用。我們可以通過 整流管 的最大電流和輸出的電壓相乘得出電源理論上的最大功率。 開關(guān)電源工作原理詳細(xì)解析 第 30 頁 共 101 頁 ☆ 一顆負(fù)責(zé) 5V 輸出的肖特基 整流管 。 【 注：這里開始我認(rèn)為作者犯了個(gè)嚴(yán)重的錯(cuò)誤，他錯(cuò)誤地計(jì)算了整流管的指標(biāo)。這款電源采用的型號是 E83004，最大可允許 60A 電流通過。事實(shí)上 PC 電源高效率待機(jī)電源的常見方案是小功率的單端反激式拓?fù)洌?Singleended Flyback）。在這里我們能看到一些小的二極管，主要用于 12 V and –5 V 的整流，通過的電流非常?。ㄟ@款電源只要 ）。這也就是為什么 很多 電源 在銘牌中 注明 ― 5V 聯(lián)合輸出 ‖， 標(biāo)稱不止有 +5V 和 + 每路的輸出能力，還有 “聯(lián)合輸出功率 ”來標(biāo)明這兩路總的最大輸出功率（聯(lián)合輸出功率比+ 和 +5V 功率的總和要低）。 】 無論是高端還是低端電源，其 +12 V 和 +5 V 的輸出都配備了完整的整流電路和濾波電路，所以所有的電源至少都需要 2 組圖 27 所示的整流電路。這里作者的說法有點(diǎn)問題。】 【 CM6800 是使用很普遍的主動 PFC+PWM 組合控制電路，由美國 CMC半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單片 PFC+PWM控制器 ,該芯片采用了 LETE(同步前沿 PFC/后沿 PWM技術(shù) )等多項(xiàng)專利技術(shù) ,從而減小了電路中的濾波電容值且不再需要前饋電阻 ,同時(shí)具有綠色模式、軟啟動、故障檢測、欠壓、過壓保護(hù)等功能 ,其主動式 PFC(功率因子校正 )可使功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 80Plus 要求 】 開關(guān)電源工作原理詳細(xì)解析 第 24 頁 共 101 頁 圖 26： PWM 控制電路 ? 二次側(cè) 最后要介紹的是二次側(cè)。 第三個(gè)變壓器 是隔離 器，將 PWM 控制 信號耦合到 開關(guān)管 上 。 主要優(yōu)點(diǎn)：與推挽結(jié)構(gòu)相比，原邊繞組減少了一半，開關(guān)管耐壓降低一半。脈沖變壓器磁能被積累的問題容易解決，但是，由于變壓器存在漏感，將 在原邊形成電壓尖峰，可能擊穿開關(guān)器件，需要設(shè)置電壓鉗位電路予以保護(hù)D N3 構(gòu)成的回路。初級沒有電時(shí)次 級有電。而且輸入電壓范圍可以很寬，如 60V300VAC 都可以正常工 作。 因此，正激式變壓器開關(guān)電源的變壓器的體積要比反激式變壓器開關(guān)電源的變壓器的體積大。 我們剛剛提到，這個(gè)電源當(dāng)中能找到的最大個(gè)的線圈通常是有源 PFC 的線圈。 PFC 電路中的電感是電源中最大的 電感 ；一次側(cè)的濾波電容是主動式 PFC 電源一次側(cè)部分最大的電解電容 ； 圖 16 中的電阻器是一顆 NTC 熱敏電阻 ，可以更加溫度的變化而改變電阻值，和二級 EMI 的 NTC熱敏電阻起相同的作用。 電源的防浪涌電流設(shè)計(jì)還有其它幾種方式。 【 注： NTC 熱敏電阻的工作原理如下。對于半橋拓?fù)涞碾娫?，一次?cè)的兩顆大電容的容量要求比較高。如果此時(shí)更換保險(xiǎn)管的話是沒有用的，當(dāng)你開機(jī)之后很可能再次被燒斷。另一方面這個(gè)電源市電端有一個(gè)額外的 X 電容（對應(yīng)圖 8 中 RV1 的位置）。普通電容紋波電流的指標(biāo)都很低 ,動態(tài)內(nèi)阻較高。由于這個(gè)電容連接的位置也比較關(guān)鍵 ,同樣需要符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下 ,工作在亞熱帶的機(jī)器 ,要求對地漏電電流不能超過 。 】 圖 8 中的 L1 and L2 是鐵 氧 體線圈； C1 and C2 為 扁平狀的 電容，通常是藍(lán)色的，這些電容通常也叫 ―Y‖電容； C3 是金屬化聚酯 膜 電容，通常容量為 100nF、 470nF 或 680nF，也叫 ―X‖電容；有些電源配備了兩顆 X 電容，和市電并聯(lián)相接，如圖 8 RV1 所示。 】 為什么要強(qiáng)調(diào)是 ―推薦的 ‖的呢？因?yàn)槭忻嫔虾芏嚯娫?，尤其是低端電源，往往會省去圖 8 中的一些元器件。一般來講，與輸出線相連的往往是二次側(cè)，而與輸入線相連的是一次側(cè)（從市電接入的輸入線）。 】 一般情況下， 在 電源的兩個(gè)散熱片之間都會安排 3 個(gè)變壓器 ，比如說圖 7 所示，主 開關(guān) 變壓器是最大個(gè)的那顆；中等 ―體型 ‖的那顆 【待機(jī)變壓器】 往往負(fù)責(zé) +5VSB 輸出 【屬于線性電源】 ； 而最小的變壓器（驅(qū)動變壓器）用于 PWM 控制電路， 用于隔離一次側(cè)和二次側(cè)部分（這也是為什么在上文圖 3 和圖 4 中的變壓器上貼著 ―隔離器 ‖的標(biāo)簽）。 下一頁我們將通過圖片來研究電源的每一個(gè)模塊和電路，通過實(shí)物圖形象的告訴你在電源中何處能找到它們。也就是說，當(dāng)電壓被變壓器重新校正之后，輸出電壓已經(jīng)變成了 DC 直流電壓。如果看不懂也沒關(guān) 系，因?yàn)檫@張圖本來就是為那些專業(yè)電源設(shè)計(jì)人員看的。 反觀線性電源，它的設(shè)計(jì)理念就是功率至上，即便負(fù)載電路并不需要很大電流。所以說個(gè)人 PC 用戶并不適合用線性電源。 ? 線性電源知多少 開關(guān)電源工作原理詳細(xì)解析 第 2 頁 共 101 頁 目前主要包括兩種電源類型： 線性電源 （ linear）和 開關(guān)電源 （ switching）。開關(guān)電源工作原理詳細(xì)解析 第 1 頁 共 101 頁 開關(guān)電源工作原理詳細(xì)解析 .................................................................................................................... 1 ? 線性電源知多少 ....................................................................................................................... 1 ? 開關(guān)電源知多少 ....................................................................................................................... 3 ? PC 電源的內(nèi)部 ......................................................................................................................... 5 ? 瞬變?yōu)V波電路 ........................................................................................................................... 7 ? 倍壓器和一次側(cè)整流電路 ........................................................................................................ 11 ? 主動式 PFC【有源 PFC】電路 .................................................................................................13 ? 開關(guān)晶體管 .............................................................................................................................16 ? 【 半橋，全橋，反激，正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的區(qū)別和特點(diǎn)】 ..............................................................19 ? 變壓器和 PWM 控制電路 ........................................................................................................22 ? 二次側(cè) ....................................................................................................................................24 ? 二次側(cè)（續(xù)） ..........................................................................................................................27 如何從電源內(nèi)部用料看電源質(zhì)量?。。?.....................................................................................................30 第一部分：用料篇，這里只介紹電源其中關(guān)鍵部分 高壓電容 ...................................................30 第二部分：結(jié)構(gòu)篇，這里介紹電源的 PFC 電路結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 線性電源的工作原理是首先將 127 V 或者 220 V 市電 通過變壓器轉(zhuǎn)為 低壓 交流 電 ，比如說 12V；然后再通過一 組 二極管進(jìn)行 全橋 整流， 將低壓 AC 交流電轉(zhuǎn)化為 脈動 直流 電壓 ；下一步需要對脈動電壓進(jìn)行濾波，通過電容完成， 將這個(gè)脈動直流波形濾成近似 平滑的直流電 ， 此時(shí)得到的低壓直流電依然不夠純凈，會有一定的波動（這種電壓波動就是 我們常說的紋波）， 所以還需要一級電壓調(diào)節(jié)提供穩(wěn)定的輸出，使用齊納二極管或者集成穩(wěn)壓器電路。 開關(guān)電源工作原理詳細(xì)解析 第 3 頁 共 101 頁 ? 開關(guān)電源知多少 開關(guān)電源可以通過高頻開關(guān)模式很好的解決這一問題。這樣做的后果就是所有元件即便非必要的時(shí)候也工作在滿負(fù)荷下，結(jié)果產(chǎn)生高很多的熱量。 圖 5：典型的低端 ATX 電源設(shè)計(jì)圖 【 一臺典型的低端 ATX 電源供應(yīng)器的原理圖，半橋結(jié)構(gòu)無 PFC，控制方案采用典型的 TL494 芯片，配合LM393 比較器、 TL431C 基準(zhǔn)電壓源等附加電路 】 【 注：現(xiàn)在 TL494 及其同型芯片是低端半橋開關(guān)電源上非常常見的一款控制方案，配合 339 電壓比較器和431 基準(zhǔn)電壓源等周邊電路組成低端開關(guān)電源的方案非常成熟，可以上至最高 500W。這就是為什么很多時(shí)候開關(guān)電源經(jīng)常會被稱之為 DCDC 轉(zhuǎn)換器。 ? PC 電源的內(nèi)部 當(dāng)你第一次打開一臺 電源 后（確保電源線沒有和市電連接，否則會被電到），你可能會被里面那些奇奇怪怪的元器件搞得暈頭轉(zhuǎn)向，但是有兩樣?xùn)|西你肯定認(rèn)識：電源風(fēng)扇和散熱片。有些電源并不 使用 變壓器 作為 ―隔離器 ‖，而是采用一顆或者多顆光耦（看起來像是 IC 整合芯片），也即說采用這種設(shè)計(jì)方案的電源只有兩個(gè)變壓器 ——主變壓 器和輔變壓器。如圖 7 所示。所以說通過檢查 EMI 電路是否有縮水就可以來判斷你的電源品質(zhì)的優(yōu)劣。 【 注： Y 電容負(fù)責(zé)濾除共模干擾， X 電容負(fù)責(zé)濾除差模干擾。工作在溫帶機(jī)器 ,要求對地漏電電流不能超過 。 X 電容同樣也屬于安全電容之 一。用普通電容代替 X 電容 ,除了電容耐壓無法滿足標(biāo)準(zhǔn)之外 ,紋波電流指標(biāo)也難以符合要求。 圖 10： 低端 廉價(jià) 電源的 EMI