電氣開關(guān)電源結(jié)構(gòu)框圖-展示頁
2025-06-25 14:44本頁面
【正文】 外殼（此時(shí)不要將電源線連接在上面，否則你會(huì)被電到）是，你可能對(duì)電源內(nèi)什么電路在哪里毫無頭緒。如果輸出電壓有偏離，PWM控制電路改變驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的波形（改變占空比）來修正輸出電壓。有時(shí)不使用變壓器而使用光耦（一個(gè)很小的帶有LED和光敏二極管的IC）進(jìn)行隔離?！ 〖釉谧儔浩饕淮蝹?cè)的電壓是方波，因而變壓器二次側(cè)輸出電壓是方波而非正弦波?！ ≡跊]有PFC的電源中，如果輸入電壓設(shè)置為110V，輸入電壓接入倍壓器電路，使輸入整流橋的交流電壓保持在220V左右。在看下一頁之前你需要了解以下知識(shí)（這些知識(shí)你可以從研究圖3和圖4獲得）： 變壓器之前的全部電路稱作初級(jí)（或者一次側(cè)）而變壓器之后的稱作次級(jí)（或者二次側(cè)）。如果輸出電壓過高或過低，PWM控制電路就變換開關(guān)管控制信號(hào)的占空比以修正輸出電壓。實(shí)際上它做的就是將輸入整流電路提供的高壓直流轉(zhuǎn)換成低壓直流的工作，這一點(diǎn)和典型的DCDC變換器非常相似，不同之處在于中間要加入變壓器隔離初級(jí)和次級(jí)，另外就是PC電源有多組電壓輸出。這就是為何有時(shí)開關(guān)電源也被稱作DCDC變換器。因?yàn)槭欠讲ㄋ院苋菀邹D(zhuǎn)換成直線。讀者可能對(duì)上圖中哪一級(jí)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)電壓產(chǎn)生疑問，是PWM電路進(jìn)行這一工作。與TL494同型的芯片常見的還有KA7500系列以及集成了494+339+431功能的SG6105等集成型控制器。如果你不懂電子也沒關(guān)系，這張圖只是為希望更深入了解的讀者準(zhǔn)備的。為簡(jiǎn)潔起見我們并沒有加入各種附加電路，比如短路保護(hù)電路、待機(jī)電源、PG信號(hào)（Power Good）發(fā)生器等?？梢钥磁鋫淞擞性碢FC的電源不需要切換110V/220V市電輸入的開關(guān)以及輸入倍壓器，但它們具備后面將要討論的有源PFC電路。圖3中的電源沒有PFC電路——通常這是便宜電源——而圖4中的電源配備了有源PFC電路，這個(gè)電路一般用于高端電源。這樣的后果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。當(dāng)你的PC不消耗很多能量時(shí)，電源調(diào)節(jié)自身提供較少的電流，這使得變壓器和其它元件的能量耗散更少——也散發(fā)出更少熱量。負(fù)責(zé)控制開關(guān)管的電路從電源輸出端取得反饋，依照PC的功耗增加或減少變壓器初級(jí)電壓的占空比（這個(gè)方法稱作PWM，脈沖寬度調(diào)制）。記住這里的“開關(guān)”是指代“高頻開關(guān)元件”，而與電源外面是否有一個(gè)“開關(guān)按鈕”無關(guān)。由于輸入電壓的頻率大幅提升，變壓器和電解電容就可以非常小。同樣地，使用電力的設(shè)備電流需求越高，供應(yīng)它們的電源就需要越大尺寸的變壓器。功率變壓器和濾波電容的容量（同樣地，體積）與輸入交流電的頻率成反比，也就是說，交流電頻率越低，這些元件的尺寸就越大。雖然線性電源對(duì)于一些低功率應(yīng)用很適合——例如手機(jī)充電器、游戲主機(jī)電源就是兩個(gè)能立刻想到的典型應(yīng)用——但當(dāng)需要更大功率時(shí)，線性電源的體積事實(shí)上會(huì)變得很大。圖1：一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的線性電源的結(jié)構(gòu)框圖圖2：線性電源上各處的電壓波形經(jīng)過電解電容濾波的直流波形仍然有小幅波動(dòng)（這個(gè)波動(dòng)稱作紋波），所以還需要一級(jí)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。接著由一組二極管進(jìn)行全橋整流，將低壓交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流。穩(wěn)壓電源有兩種基本類型：線性電源和開關(guān)電源。我們之前已經(jīng)推出了一部電源教程，討論了電源的尺寸規(guī)格、如何計(jì)算電源的標(biāo)稱功率指標(biāo)并解釋了基本的電源規(guī)格。開關(guān)電源剖析Anatomy of Switching Power Supplies第一頁 緒論P(yáng)C上使用的電源供應(yīng)器基于名為“開關(guān)模式（Switching Mode）”的結(jié)構(gòu)，因而也被稱為SMPS（開關(guān)電源）即Switching Mode Power Supplies（DCDC變換器是對(duì)SMPS的另一種稱呼）。在這個(gè)教程里我們會(huì)解釋開關(guān)電源如何工作，并帶你一探PC電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作方式。在這部教程里我們講得深一點(diǎn)，進(jìn)一步解釋電源“黑盒子”里面有什么、電源由哪些主要元件組成、如何識(shí)別它們以及它們有什么功能。線性電源的工作原理是，從市電取得127V或220V交流電壓，通過變壓器將其轉(zhuǎn)換為低壓交流電（例如12V）。下一步是濾波，由一組電解電容將這個(gè)脈動(dòng)直流波形濾成近似平滑的直流電。注：各國(guó)市電有100V左右（100~127V）和200V左右（220~240V）兩種，上面寫的127V和220V算兩個(gè)典型值。 注：事實(shí)上小功率電源適配器常見的方案是Flyback、RCC等小功率開關(guān)電源結(jié)構(gòu)，易做小尺寸和高效率，線性電源也有使用。因?yàn)榫€性電源使用的市電頻率是60Hz（或50Hz，在一些國(guó)家）——這是個(gè)非常低的頻率——所以變壓器和電容會(huì)非常大。對(duì)于高頻開關(guān)電源而言，在進(jìn)入變壓器之前輸入電壓的頻率就要被提升（典型值為50~60KHz）。這類電源就被應(yīng)用于PC和其它一些電子設(shè)備例如錄像機(jī)上。PC電源使用一種更好的方法：它是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。這樣電源根據(jù)負(fù)載設(shè)備的功耗對(duì)自身進(jìn)行再調(diào)節(jié)。對(duì)于線性電源而言，電源被設(shè)定為輸出最大功率，即便負(fù)載電路并不需要很大電流。第二頁 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖在圖3和圖4中你可以看到一臺(tái)帶PWM反饋的PC用開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖。圖3：一臺(tái)帶有PWM控制，沒有PFC電路的電源的結(jié)構(gòu)框圖圖4：一臺(tái)帶有PWM控制，配備有源PFC電路的電源的結(jié)構(gòu)框圖比較圖3和圖4可以發(fā)現(xiàn)配備與不配備有源PFC電路的電源的結(jié)構(gòu)差別。上面只是非常簡(jiǎn)化的框圖。如果讀者需要更詳細(xì)的電路圖，請(qǐng)看圖5。圖5：一臺(tái)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。我們后面會(huì)討論。輸入電壓在開關(guān)晶體管之前經(jīng)過了一次側(cè)整流，經(jīng)過開關(guān)管輸出給變壓器的波形是方波而非正弦波。經(jīng)過變壓器后的二次側(cè)整流，輸出電壓已經(jīng)是接近直線了。注：PC上的開關(guān)電源也被稱作隔離式DCDC變換器。連接PWM控制電路的反饋環(huán)負(fù)責(zé)所有必需的調(diào)節(jié)功能。這一情形典型地發(fā)生在PC功耗升高的時(shí)候，此時(shí)輸出電壓有下降的趨勢(shì)；或者PC功耗下降的時(shí)候，此時(shí)輸出電壓有上升的趨勢(shì)?！ ∨鋫溆性碢FC的電源不需要110V/220V切換開關(guān)以及倍壓電路。 PC電源上的高速開關(guān)由一對(duì)功率MOSFET管（或者BJT雙極型晶體管）構(gòu)成
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