开关电源的工作原理及工作流程.docx
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开关电源的工作原理及工作流程
开关电源的工作原理及工作流程
1．电源的定义
电脑的电源就是将交流电转换为PC（个人电脑）电脑工作所需要的直流电的转换器，就是电气行业上所说的开关电源（又稱交换式电源）典型的交换式电源供给器应有11个局部组成，分別是：
、
输入级（Inputstage）:
包含
（1）EMI滤波器和
（2）桥式整流电路；EMI（ElectromagneticInterference）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。
EMI滤波器的主要目的是防止连接在同一电力系统的电气装置所产生的传导性电磁杂讯经由电源导线而彼此互相干扰。
桥式整流电路把输入交流电源转换为直流电VI。
（桥氏整流器是由4个矽二级体组合而成）
功率因数调整级（PowerFactorCorrection,PFCstage）:
包括（3.）功率因数调整电路，由Li、PFCIC、Qi、Di和Ci组成PFCstage用来调整电源供给器的功率因数，使符合环保标准。
电感（Inductance）Li的典型值约数百嗷mH之间，一般採用鐵粉芯（IronPowerCore）材质，
Qi电晶体的規格要求为耐电压600V耐压电晶体，耐电流7A以上。
PFCIC控制Qi的导通与截止，一般依流过电感的电流波形分为连续式（Continuous）和不连续式（Discontinuous）两种。
Di为功因调整用超快速回复二级体（PFCHyperfastRecoveryDiode），一般規格为耐电压600V、耐电流5A以上、反向回复时间（ReverserecoveryTime,t）为20ns以下，
电容器Ci則依其输出漣波規格大小来決定其值，典型值通常在100卩f以上，耐压在450〜500V之间，一般採用电解电容材质。
（电容器是用来储存与释放电能，一般电容器会将电容值直接标示于外壳，假设有级性也会标示出来，不然就是用长短脚来表示，较长的接脚代表正
功率级（Powerstage）:
包含（4.）功率开关、（5.）脈波寬度调变（PulseWidthModulation,PWM）与驱动电路、（6.）隔离高频变压器、（7.）整流二级体及（8.）输出滤波器；
由PWMIC、Q2、「、D2、C2组成Powerstage藉由PWMIC控制Q2电子开关的导通与否，配合次级側的二级体和电容，即可得到DC电压的输出，而变压器Ti因为有气隙之故，其初级圈具有隔离、变压和电感的三重功能，藉由Q2电子开关作用将储存于在变压器的能量传遞给次级側，再藉由电容C2的充电保持功能来得到直流电压Vo，此外改变变压器初、次级的圈数，就可以得到想要的DC电源。
Q2为耐电压600V的MOSFET（金氧半場效电晶体）
变压器Ti的一般規格为EICore或EECore。
（各种电子装備常用到变压器，理由是：
提供各种电压階层确保系统正常操作;提供系统中以不同电位操作部份得以电气隔离;对交流电流提供高阻抗，但对直流則提供低的阻抗;在不同的电位下，維持或修飾波形与频率响应。
）D2为肖特基二级体（SchokkyDiode），作为整流之用，（二级体的功用就是电流只能从单一
方向流过〕
C2是滤波电容，其电容值視输出漣波要求而定，一般在400卩f以上，而耐压則選擇输出电压的1.27.5倍之间，一般採用电解电容材质。
脈波寬度调变〔PulseWidthModulation,PWM〕与驱动电路用来控制功率开关的导通与否，当功率开关导通时，输入电压VI会供给到隔离高频变压器的初级繞组上，此时初级繞组上的电流逐漸增加并将能量储存于其中，同时把能量感应在变压器的次级繞组上，整流二级体把变压器次级繞组上的电压轉变为直流电，经输出滤波器滤除漣波成分后输出直流电压，当功率开关截止时，储存在隔离高频变压器初级繞组上的能量轉移到次级繞组上，持续提供输出电流。
误差放大器截取一局部输出电压与想得到的电压做比拟，误差值经光隔离器耦合到PWM控制电路上，藉由改变脈波寬度来控制功率开关的导通时间，以精确得到想要的直流输出电压。
回授级〔Feedbackstage:
包含〔9.〕误差放大器及〔10〕光隔离器、〔11〕保护电路。
由Ri、R2、R3、Phi、D3组成FeedbackstageR2R3组成分压电路擷取一局部输出电压，经Ph1光耦合器回授到PWMIC，藉调整PWMIC的输出脈波寬度以稳定输出电压值。
R1、R2、R3一般採用1/4W碳膜电阻，
光耦合器Ph1的型号为Infineon的SFH615、SFH617，
D3为三端稳压元件主要产生2.5V的稳定參考电压，TL431为业界常用的型号。
2.开关电源的工作原理及工作流程
开关电源的工作原理是通过运行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）。
工作流程如下：
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
开关三级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使开关三级管工作在飽和、截止（即開、关）状態，从而在开关变压器的副繞组上感应出高频电压，再经过整流、滤波和稳压后输出各种直流电压。
所以开关三级管和开关变压器是ATX电源的核心部件，其质量直接影响电源的好坏和使用壽命，尤其是开关三级管，工作在高反压状態下，沒有足夠的保护电路，很容易被擊穿燒毀。
开关三级管应当耐压程度不小于800V，输出电流通常不小于5A。
3.稳压电路和保护电路
稳压电路通常是从电源输出端的输出电压取樣出局部电压与标准电压做比拟，比拟出的差值经过放大后去驱动开关三级管，调节开关管的所占空比。
从而到达电压的稳定。
保护电路作用是通过檢测各端输出电压或电流的变化，当输出端发生短路、过压、过流、过载、欠压等現象时，保护电路动作，切断开关管的鼓励信号，使开关管停振，输出电压和电流为零，从而起到保护作用。
劣质电源在保护电路上偷工减料，使保护电路形同虛設。
保护电路具体分为四种：
I.过压保护功能：
当电源输出电压超过其最大的限定电压时，电源会将其输出自动关闭，以防止损坏负载的电路元件〔如电脑系统配置〕，稱之为过压保护。
过压保护测试是用来验证电源当出現上述异常状況以及电源內部回授控制电路或零件损坏时，有可能产生异常之输出高电压时，能否正确地反响。
当输入电网电压或输出电压负载电流变化而电源的调整线路不完善时，电源工作运行配置所需要的电压是固定的，如果电源沒有过电压保护线路或过电压保护线路失效，将会因过电压造成电脑配件的损坏，即电压性损坏。
反过来，如果有此过电压保护线路，当发生以上情況时，电源不再向电脑提供其他信号，也就是不会影响电脑系统任何配置，从而到达保护的功能。
n•短路保护功能：
当电源的输出短路时，則电源应该限制其输出电流或关闭，以防止电路元件损坏。
短路保护测试是验证由配线连接錯误，或使用电源的元件或零元件故障所导致的短路时电源能否正确地反响。
当发生短路时，电路应立即关闭输出，否則短路所产生的大电流燒毀电脑配置或电源部件。
iii.过电流保护功能：
当电源的输出电流超过额定时，电源应该限制其输出电流或关闭输出，以避免负载电流过大而损坏或发生危险，或者电源內部零件损坏或发生危险。
IV.过功率保护功能：
当电源的输出功率〔单一输出或多组输出〕超过额定功率时，电源应该限制其输出功率或关闭其输出，以防止负载功率过大而损坏或发生危险。
而电源內部零件损坏而造成较大的负载功率时，則电源也应该关闭或限制其输出，以防止损坏。
过功率保护测试是验证当上述任何一种状況发生时，电源能否正确地反响。
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原理说明:
1.EMI滤波器
主要利用LF1,CX1,LF2形成n型滤波器来抑制电源供给器在作切换时造成的杂讯干扰LF1,CX1,LF2主要为抑制传导局部，而CY1及CY2則主要是BYPASS杂讯的作用。
2.桥式整流滤波
SwitchingPowerSupply以BridgeRectifier来整流,以得到幾乎近于固定准位的直流电压,由于电子电路需要一个固定的直流电压及电流以提供电源及偏压使电路能夠正常工作，图中BridgeRectifier需用四个Diode,如下列图中所示，当input为正半週D1&D2ON（D3&D4OFF）,电流由图示,反之則D3&D4ON（D1&D2ON）。
3.输入低电压保护
利用二级体（D3）来作半波整流，并透过电容（C7,C8）滤波得到直流电压，而高压直流电压经过R17,R42,R18,R19的分压后得到一个输入电压的信号,当输入电压过低时来告知IC将系统关闭，而IC內部設定的值为2V,就是说可以藉由调整R17,R42,R18,R19的分压来控制输入电压的保护点。
4.电流回授:
利用R10来使电流转换为电压信号,以侦测MOSFET（Q1）导通时的电流大小及比拟IC的输出的結果，也是二次测输出过载保护，而电压信号会透过R11及C4形成的低通滤波器，来过滤不必要的高频杂讯，以免造成IC的误动作,而得到的信号将送至IC3的PIN5给IC做參考。
5.电压回授:
除了主线圈及次级线圈之外,我們在同一个变压器中多繞制了另一组线圈,此线圈我們稱之为辅助线圈,原理是在同一鐵心上所感应到的磁場強度会是相同的,只是圈数比的不同会影响电压的上下,而我們利用辅助线圈来監控二次测的负载及电压状況，而得到的信号将送至IC3的PIN2给IC做參考。
6.辅助电源及输出过电压保护:
我們利用辅助线圈所产生的电压,提供给IC动作所需的电源,此辅助线圈的作用還有另一項功能,就是侦测输出过电压的功能,当系统失控导致
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