开关电源原理

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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。

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

PFC电路

PFC（Power Factor Correction）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。

 

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。

 

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 （Pulse Width Modulation）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＋3　3V，±5V，±12V的输出电压。

 

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关断开关管的输出。7、温度控制：通过温度探头检测电源内部温度，并智能调整风扇转速，对电源内部温度进行控制。