爱情雨mp4:电脑电源工作原理

 ATX开关电源的原理框图：　　　　　　　　　　　  　上图工作原理简述：      220V交流电经过第一、二级EMI滤波后变成较纯净的50Hz交流电，经全桥整流和滤波后输出300V的直流电压。300V直流电压同时加到主开关管、主开关变压器、待机电源开关管、待机电源开关变压器。由于此时主开关管没有开关信号，处于截止状态，因此主电源开关变压器上没有电压输出，上图中的-12V至3.3V，5组电压均没电压输出。   　　但我们同时注意到，300V直流电加到待机电源开关管和待机电源开关变压器后，由于待机电源开关管被设计自激式振荡方式，待机电源开关管立即开始工作，在待机电源开关变压器的次级上输出二组交流电压，经整流滤波后，输出+5VSB和+22V电压，+22V电压是专门为主控IC供电的。+5VSB加到主板上作为待机电压。当用户按动机箱的Power启动按键后，（绿）色线处于低电平，主控IC内部的振荡电路立即启动，产生脉冲信号，经推动管放大后，脉冲信号经推动变压器加到主开关管的基极，使主开关管工作在高频开关状态。主开关变压器输出各组电压，经整流和滤波后得到各组直流电压，输出到主板。但此时主板上的CPU仍未启动，必须等+5V的电压从零上升到95%后，IC检测到+5V上升到4.75V时，IC发出P.G信号，使CPU启动，电脑正常工作。　　当用户关机时，绿色线处于高电平，IC内部停止振荡，主开关管因没有脉冲信号而停止工作。-12至+3.3的各组电压降至降至为零。电源处于待机关机状态。　　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。由高压直流到低压多路直流的这一过程也可称DC-DC变换，是开关电源的核心技术。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。　　保护电路的工作原理：在正常使用过程中，当IC检测到负载处于：短路、过流、过压、过载等状态时，IC内部发出信号，使内部的振荡停止，主开关管因没有脉冲信号而停止工作。从而达到保护电源的目的。　　由上述原理可知，即使我们关了电脑后，如果不切断交流输入端，待机电源是一直工作的，电源仍有5到10瓦的功耗和。　　内部电路结构：　　电源的内部电路分为抗干扰电路、整流滤波电路、开关电路、保护电路、输出电路等。　　抗干扰电路电源的抗干扰电路位于电源输入插座后，由线圈和电容组成一个滤波电路，它可以滤除电源线上的高频杂波和同相干扰信号，构成了电源抗电磁干扰的第一道防线。由于这部分电路不影响电源的正常工作，很多便宜的电源会把它省略。随着3C认证制度的实施，在这部分开始增加PFC（功率因数校正）电路，凡是3C认证的电脑电源，必须增加PFC电路。PFC电路可以减少对电网的谐波污染和干扰。PFC电路有两种：有源PFC和无源PFC。无源PFC一般采用电感补偿方法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，有源PFC由电感电容及电子元器件组成，能够获得更高的功率因数，但成本也相对较高。有源PFC电路具有低损耗和高可靠性等优点，可获得调试稳定的输出电压，因此，有源PFC的电源不需要采用很大容量的滤波电容。PFC电路是面已经提到PFC，PFC电路称为功率因素校正电路，功率因素超高，电能利用率就越大，目前PFC电路有两种方式：无源PFC(对称作被动式PFC）和有源PFC（主动式PFC)。　　无涯PFC   　　无涯PFC：通过一个笨重的工频电感来补尝交流输入的基波电流与电压的相位差，强逼电流与电压相位一致。无涯PFC效率较低，一般只有65-70%，且所用工频电感又大又笨重，但由于其成本低，许多ATX电源都采用这种方式。　　有源PFC： 　　有源PFC由电子元器件组成，体积小重量轻，通过专通的IC去调整电流波形的相位，效率大大提高，达95%以上。采用有源PFC的电源通常输入端只有一只高压滤波电容，同时由于有源PFC本身可作辅助电源，因而可省去待机电源，而且采用有源PFC的电源输出电压纹波极小。但由于有源PFC成本较高，所以通常只有在高级应用场合才能见到。如下图所示：       　　实物图如下图所示：    

　　EMI滤波电路：

　　EMI滤波器主要作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰，同时也起到减少开关电源本身对外界的电磁干扰。实际上它是利用电感和电容的特性，使频率为50Hz左右的交流电可以顺利通过滤波器，但高于50Hz以上的高频干扰杂波被滤波器滤除，所以它又有另外一种名称，将EMI滤波器称为低通滤波器（彩电上的称法），其意义为，低频可以通过，而高频则被滤除。下面是EMI滤波电路的线路图：
  上图中的C1和L1组成第一级EMI滤波，C2、C3、C4与L2组成第二级滤波。实物图如下所示：           　　一级EMI滤波电路：        　　二级EMI滤波电路：两道EMI滤波电路都做在PCB板上的[下图]  　　在优质电源中，都有两道EMI滤波电路，其中一路在电源插座处，另外一路在电源的PCB板上（也有把两把EMI滤波电路都做在PCB板上的情况），这两道EMI电路，可以很好地滤除电网中的高频杂波和同相干扰电流，同时把电源中产生的电磁辐射削减到最低限度，使泄漏到电源外的电磁辐射量不至于对人体或其它设备造成不良影响。劣质电源通常会省去第一级EMI滤波电路，甚至连第二级EMI滤波电路也省掉。省掉了第一道EMI（如下图）。  　　整流滤波电路：　　整流滤波电路由一个全桥和两个高压电解电容组成。全桥内部就是四个二极管，它负责把交流电转换成直流电。整流后的直流电波动很大，为了得到稳定的电压，需要用滤波电容滤波，滤波以后，电压就比较稳定了，整流全桥的耐压一般在600V以上，它根据输出功率的大小选择最大电流，全桥后面的两个高大的筒状元件就是高压电解电容，其作用是滤除电流中的杂波，输出平稳的直流电，滤波电容的容量大小和滤波效果有很大关系。容量大的高压电解电容一般在470μF以上，如笔者的电源采用了680μF容量的高压电容。  　　桥式整流和滤波：　　将输入端的交流电转变为脉冲直流电，目前有两种形式，一种是用四个二极管组成桥式整流电路；另一种是将四个二极管封装在一起。两种接法效果都一样，二极管的正向导通电流不小于1A，反向击穿电压不小于700V。　　高压部分的滤波主要由电容组成，一般有二个电容：200W电源，电容≥330μF；250W电源，电容≥470μF；300W电源，电容≥680μF。     上图，L1和C3组成无源PFC电路，C1、C2为滤波电容。实物图如下图：  高压滤波电容        低压滤波电路：        　　劣质电源使用小容量的滤波电容，以降低成本，如200W只用220μF，300W只用470μF，甚至使用旧电容来降低成本。PFC电感量不足或省掉PFC。 开关电路开关电路是电源的核心部分。主要由开关管、PWM控制芯片、开关变压器和高频整流二极管组成。由开关管和PWM控制芯片构成振荡电路，产生高频脉冲，经开关变压器得到多组输出，各组输出经高频整流二极管整流得到不同的电压（图3）。开关电路的输出端和输入端有反馈电路，因而电路可根据输出端反馈的信号自动调整振荡频率，从而影响输出电压。当输出电压偏高时，振荡频率会因反馈信号而降低，从而使输出电压也降低，反之亦然。通常电压功率大的话，开关变压器的体积也会大一些。PWM控制芯片用于驱动开关管输出的工作电压，该控制炭疽热型号往往是TL494或相同功能的KA7500B（图4），辅助的电路还包括基准电压电路、取样电路、比较电流和保护电路。   　　由于开关电源的开关管只工作在“开”和“关”两种状态，关的时候几乎不消耗功率，而开的时候由于自身压降很小，所以自身的损耗也很小，这就是开关电源发热量低、效率高的原因。高频开关变压器同样是整个电路中的核心部件（图5）。   　　经过设点开关变压器降压后的电流同样要使用二极管和电容进行整流和滤波，只是整流时的工作频率很高，必须使用具有快速恢复功能的肖特基整流二极管，普通的整流二极管难当此任，而整流部分使用的电容不但容量要大，还要有较低的交流电阻才行，否则就无法滤除电流中的高频交流电成份。此外还能见到一两个体积硕大的带磁心的电感线圈，与滤波电容一起滤除高频的交流电成份，保证输出纯净的直流电（图6）。一款优质的电源的电感线圈不仅尺寸大，而且绒线也很规范。而劣质电源的线圈非常小而且绒线不规则，附近的滤波电容民非常小。    　　开关三极管和开关变压器是开关电源的核心部件，通过自激式或它激式（需要一个独立的脉冲信号振荡器，ATX电源的主开关管采用这种方式）使开关三极管工作在饱和、截止（即开、关）状态，从而在开关变压器的副绕组上感应出高频电压，再经过整流、滤波和稳压后输出各路直流电压。所以开关三极管和开关变压器的质量直接影响电源的质量和使用寿命，尤其是开关三极管，工作在高反压状态下，没有足够的保护电路，很容易击穿烧毁。下图散热片下面就是开关三极管：