开关电源的结构和基本原理

开关电源的结构和基本原理开关电源工作原理通过高频开关技术将输入的较高的交流电压(AC)转换为PC电脑工作所需要的较低的直流电压(DC)开关电源的中心思想：用提高工作频率等手段来提高电源的功率密度，进而达到减少变压器的体积和重量的目的。采用开关变换的显著优点是大大提高了电能的转换效率，典型的PC电源效率为70%-75%，而相应的线性稳压电源的效率仅有50%左右。输出电压的稳定则是依赖对脉冲宽度的改变来实现，这就叫做脉宽调制PWM。开关电源工作流程当市电进入电源后，先经过扼流线圈和电容滤波去除高频杂波和干扰信号，然后经过整流和滤波得到高压直流电。接着通过开关电路把直流电转为高频脉动直流电，再送高频开关变压器降压。然后滤除高频交流部分，这样最后输出供电脑使用相对纯净的低压直流电。框图一个典型的半桥式开关电源的结构流程图EMI器件功率输出PWM主变压器整流滤波驱动变压器开关管AC输入SB器件辅助变压器SB输出取样供电控制VCC常用元器件性能及主要参数介绍电阻电容电感二极管三极管变压器比较器PWM控制器电路图一个典型的电路图开关电源原理示意图1经过了EMI滤波电路以及PFC电路的交流电波形2整流滤波电路后的波形输出3从高压滤波电容出来的电压波形4经过开关管后的波形5经过变压后的波形6低压整流后的波形7终于得到了最终需要的电压12345678ABCD87654321DCBACHIYUANINDUSTRIALCO,LTDREV:1XM-300HD2SCALEUNIT:mmSHEET:OFTextTextPREPAREDCHECKEDAPPROVEDFILENO.朱国昭李青云叶贵荣F16.3A,250VacR11M1206C1102250VacC2472250Vac1234BR1KBU806C17100u,35VR43B?R43A?R4321206R4421206D12FR107D11FR107D14FR107D13FR107C1822u,50VC3A102250VacC40.1u,250vACC1922u,50VC7820u,200VC8820u,200VMYV107271MYV207271R4,R5430K,1206R6,R7430K,1206R3710K1206R421001206C15223,50VR8--21680,1206C103321KVL1BL1BD9FR104D10FR104L136*8C1110uF/50VQ1KSE13009D1FR105D2FR105Q2KSE13009C1210uF/50VD31N4148SMDD41N4148SMDR22,232,1206R282K70805D51N4148SMDD61N4148SMDR290.5R1/2WR342K70805R24-270.5R1/2WR30-332,1206PSON1VCC20V332RI19V53SS18OPP4IN17UVAC5COMP16NVP6GND15V127FB114OP28VREF113OP19VREF212PG10FB211U3SG6105BD351N4148SMDD341N4148SMDD28FR104D27FR104Q41616AQ31616AC3910uF,50VD30FR104R1151K1206R1122.7K1206R1132.7K1206D29FR104D311N4148R1141.5K1206C36104,50VR10939K0603R11068K0603D7HER107R38100K,2WC132221KV18273645U1FSD5L0165R3510K1206R3911206D8FR104R15839K0805R3610K1206Z115V1WC16?C1447u,50VR971001/4WR13530K0805C444.7u,50VR1002K0805R123?R1247500805C5747u,16VR992K0805R55-58201206C23472,50VD15FR104D24FR104L3-1L3-2D16IN5819BR2,320CT10020A/100VL3-3D17FR104D18FR104C20103,500VT1TRANS5_1L5M1205D19FR104Q5A928LBR4S40D40CBR5,62045D22FR104R1671001/8WR164R165821206C283300u/6.3VL4L3-4R1362.4K1206L66*8L85*20R82-853001206R77-80121206--12VC30220u,16VR137100K0805L95*20+12V2R53,542K1206+12V1C212200u,16VC222200u,16VL76*8R67,68101206C2747250VR13875K0805--5VC31220u,16VD231N4148SMDL104*20C242200u,10V+5VR59-662201206R11630K0603R12710K0805R119560K0603C43472,50V312VR1RES2_1R102101206R1011K0805C4747150VR12630K0805R1183.3K0805R117?PGR1255.6K0603R14130K0805C41103,50VL114*20+3.3VC293300u,6.3VC47CAPC45473,08053.3VST3EE19LC3247u,35VD32FR104R90?D251N5822C3310250V0805T2EE19LR91100,1/2WC341000u,10VL125*20+5VSBC351000u,10VR13311K0805R1222400805Q93906SMDQ83906SMDR1031K,0805R1701K0805C3710u,50VZ45.6VC38104,0805C482230805R140100K08051out1out3142out2out413Vcc3GND122in-44in+112in+54in-101in-63in+91in+73in-8LM339R1631K0805C55104,0805R1591K0805C522.2u,50VD361N4148R1601K0805C531041206C512.2u,50VR14810K0805C5447u,35VR162?060312V1R1343.9K0603R14610K0805C562.2u,50VR1611K0603R14310K0805R14410K0805R1563300805R1533900805R157?C502.2u,50VR1551K0603R1501K0805R1521K0603R1511K0805R1474700805R15427K0805U4Q7PMMT2907R21M1206R31M1206L1AL1CLNU2LTV817CR166101/8WR69-761001206R121100805R49201WR13010K0805C42104,50VR12924K0805R13110K0805C49104,50VR131120K0805-12V-5V5V3.3VPSUVUV5VI3VIQ10A73312V112V212VID33FR104C252200u,10V12VI5VI3.3VIR45-48821206R811.2K1206R931K1206R96?R95?R139470603R104470805R10547K0805R106100K0603R107?R10847K0603R1451K0805R1734700805R1722.2K0805R1712.4K0805Q6C3203TH2TTC103Z57.5V1W+-+12V2FANC93.3u100VC40?R134751/4WC3A0.47UF/250VC3C102M/250VC3B102M/250VC6472M/250134-56129-107-811L1AL1A抗干扰电路（EMI）由一个线圈和两个电容组成，通常有两级EMI。功能：滤除由电网进来的各种干扰信号，防止电源开关电路形成的高频扰窜电网。抗干扰电路（EMI）整流滤波电路开关电路PFC电路保护电路电路结构PFC电路PFC（PowerFactorCorrection）即“功率因数校正”，主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高，说明电能的利用效率越高。通过CCC认证的电脑电源，都必须增加PFC电路。PC电源采用传统的桥式整流、电容滤波电路会使AC输入电流产生严重的波形畸变，向电网注入大量的高次谐波，因此网侧的功率因数不高，仅有0.6左右，并对电网和其它电气设备造成严重谐波污染与干扰。PFC有两种，一种是无源PFC（也称被动式PFC），一种是有源PFC（也称主动式PFC）。无源PFC无源PFC一般采用电感补偿方法，通过使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，但无源PFC的功率因数不是很高，只能达到0.7~0.8。位置在第二层滤波之后，全桥整流电路之前。有源PFC输入电压可以从90V到270V；高于0.99的线路功率因数，并具有低损耗和高可靠等优点；有源PFC电路可用作辅助电源，而不再需要辅助电源变压器；输出不随输入电压波动变化，因此可获得高度稳定的输出电压；有源PFC输出DC电压纹波很小，且呈100Hz/120Hz（工频2倍）的正弦波，因此采用有源PFC的电源不需要采用很大容量的滤波电容。EMI电路整流滤波电路高压整流滤波电路由一个全桥（由四个二极管组成）和两个高压电解电容组成。把220V交流市电转换成300V直流电。低压整流滤波电路由二极管和电解电容组成(12V使用快恢复管，5V和3.3V使用肖特基管)，如图。关键元件：辅助电源开关管、辅助电源变压器、三端稳压器300V直流电通过辅助电源开关管成为脉冲电流，通过辅助电源变压器输出二组交流电压，一路经整流、三端稳压器稳压，输出+5VSB，加到主板上作为待机电压；另一路经整流滤波，输出辅助+12V电源，供给PWM等芯片工作。辅助电源电路开关电路——核心部分关键元件：PS-ON、精密稳压电路、PWM控制芯片、推动管（由两个三极管组成）、驱动变压器、主开关变压器原理：由推动管和PWM（PulseWidthModulation）控制芯片构成振荡电路，产生高频脉冲待机时，主板启闭控制电路的电子开关断开，PWM控制芯片封锁调制脉宽输出，使T2推动变压器，T1主电源开关变压器停振，停止提供输出电压。受控启动后，主板启闭电子开关接地。PWM控制芯片输出脉宽调制信号并控制Q3、Q4的c极所接T2推动变压器初级绕组的激励振荡，T2次级它激振荡产生的感应电势作用于T1主电源开关变压器的一次绕组，二次绕组的感应电势经整流形成＋33V，±5V，±12V的输出电压。电压比较器PWM控制芯片PW-OK电路重要元件：电压比较器。待机时PW-OK向主机输出零电平的电源自检信号，主机停止工作处于待命状态。受控启动后，PW-OK在开关电源输出电压稳定后再延迟几百毫秒由0电平起跳到＋5V，向主机输出高电平的信号。该信号相当于AT电源的PG信号。主机检测到PW-OK电源完好的信号后启动系统。在主机运行过程中若遇市电掉电或关机时，PW-OK输出信号比ATX开关电源＋5V输出电压提前几百毫秒消失，通知主机触发系统在电源断电前自动关闭，防止突然掉电时硬盘磁头来不及移至着陆区而划伤硬盘。保护电路——七重保护1、输入端过压保护：耐压值为270V的压敏电阻2、输入端过流保护：保险丝3、输出端过流保护：通过导线反馈，驱动变压器就会相应动作，关断电源的输出。4、输出端过压保护：当比较器检测到的输出电压与基准电压偏差较大时，稳压管就会对电压进行调整。5、输出端过载保护：过载保护的机理与过流保护一样，也是由控制电路和驱动变压器进行的。6、输出端短路保护：输出端短路时，比较器会侦测到电流的变化，并通过驱动变压器、PWM关断