开关电源基础知识.docx

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开关电源基础知识

开关电源基础知识教程

1开关电源与线性电源的区别

1.1开关电源原理简述

开关电源的框图　　　　　　　　　　③　　　　　　④

DC输出

AC输入

EMI滤波

整流滤波

输出整流滤波

主开关变换隔离电路

①　　　　　　②

反馈、保护电路

PWM控制电路

⑤

图一

原理简述：

AC电压经过EMI滤波电路滤除各种干扰信号后，经过整流滤波将AC电压变为平滑的直流电，通过PWM（Pulse-WidthModulation）电路调节开关晶体的开通与截止，结合变压器之隔离及变换作用，从次级输出一组方波，通过低压端的整流滤波电路，再输出平滑之直流电。

稳压过程是通过反馈电路从输出端取样再将信号送到PWM（Pulse-WidthModulation）电路调节开关晶体的开通与截止时间从而使输出电压稳定。

各种保护功能是通过对输出端的电流、电压的监控然后将信号反馈到PWM控制电路从而实现各种保护功能。

特点：

可靠性相对较低，纹波杂讯较难控制，电路复杂元件较多，通过控制电路能实现较多的保护功能，效率高，可实现小型化。

应用：

我司ATX电脑电源。

1.2线性电源原理

直流输出

输出滤波

调整管

整流滤波

低压

AC输入

工频变压器

误差放大

取样反馈

图二

原理简述：

AC220V直接经低频变压器变换为低压经过整流滤波，根据取样和误差放大电路调整管输出相应所需之电压。

特点：

可靠性高，纹波杂讯低，效率低，保护功能较少。

应用：

我司有源音箱供电。

2开关电源使用的元件：

2.1电容类（capacitance）：

12

9

6

单位：

1法拉（F）=10微法（uF）=10纳法（nF）=10皮法（pF）

A.电解电容（electrolyticalcapacitance）：

有极性，主要用于滤波储能

B.X电容：

主要为EMI滤波用，有安规要求，多数本体为黄色

C.Y电容：

主要为EMI滤波用，有安规要求，多数本体为蓝色

D.瓷片电容：

主要用于阻尼吸收，尖峰抑制等，

E.金属膜电容：

稳定性好，成本高，在我司产品应用中主要是防止电源出现偏磁。

本体多为红褐色和兰色。

F.

104

.47K275V~X2

GMFMPX/JEFU

102

麦拉电容：

本体一般为绿色，性能稳定，一般电源中应用多为振荡电容，消振网络。

瓷片电容电解电容金属膜电容X电容麦拉电容

2.2电阻（resistance）

9

6

3

单位：

1兆欧（MΩ）=10千欧（KΩ）=10欧姆（Ω）=10毫欧（mΩ）

电阻是电路中使用最多的元件,按其材质分有,碳膜电阻、氧化膜电阻、金属膜电阻。

其标示方法为色环标示法。

银色表+/-10%

十有效数字2个位有效数字410的2次方误差金色表+/-5%

2

以上之电阻值为：

24*10Ω=2.4KΩ±5%

颜色与数字的对应表

颜色

黑

棕

红

橙

黄

绿

蓝

紫

灰

白

表示误差

金

银

数字

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

+/-5%

+/-10%

2.3二极管（Diode）

开关电源用二极管一般按其用途分有：

开关二极管（如4148），快恢复二极管，功率整流二极管（包括超快恢复二极管（fast-recoverydiode）和肖特基二极管（schottky-barrierdiode））

一般之开关、快恢复二极管功率整流二极管

2.4三极管（Transistor）

开关电源用三极管按用途分一般分为：

小信号用三极管（如2SC945，A733、2SC1805等），功率三极管（如C4106，E13007、C2335、2SC2625等）

C945

小信号用三极管功率三极管

2.5变压器（Transformer）、电感（Inductance）系列

12

9

电感单位：

1亨利（H）=10毫亨（mH）=10微亨（uH）

变压器在电路中主要为初次极间的安全隔离,能量传输,电压变换等.电感在电路中主要的作用为滤波、储能等。

变压器环形电感棒状电感

2.6集成电路（IC）

开关电源中常用的IC有：

脉宽调制（PWMPulse-WidthModulation）ICTL494、KA7500B、UC3843等，比较器ICLM339、LM393等，可调基准电压ICTL431、KA431、1431等，光藕器PC817C等。

TL431

集成电路IC稳压IC

3ATX电脑电源

3.1电脑电源的版本规格差异

电脑电源差异表

电源规格

输出端子配置

3.3V

+5Vsb

软开机功能

AT电源

6Pin两组,大4Pin小4Pin

无

无

无

ATX电源

1.0版

20Pin,大4Pin小4Pin

有

有

有

风扇在上盖

2.0版

20Pin,大4Pin小4Pin

有

有

有

风扇在下盖

2.2版

20Pin,大4Pin小4Pin

有

有

有

MicroATX

ATX12V

1.0版

20Pin,大4Pin小4Pin,6Pin,ATX12V接口

有

有

有

1.1版

20Pin,大4Pin小4Pin,6Pin,ATX12V接口

有

有

有

1.2版

20Pin,大4Pin小4Pin,6Pin,ATX12V接口

有

有

有

1.3版

20Pin,大4Pin小4Pin,6Pin,ATX12V接口,SATA5Pin接口

有

有

有

取消-5V

简述：

早期的电脑电源称为AT电源，输出电压只有±5V和±12V，并且它的开关机是通过直接控制AC电压的通断实现的，随着网络的普及和硬件的发展，Intel发布了电脑电源的ATX标准，增加了+3.3V和+5VSB（SB为standby的缩写，解释为+5V待机电源），有了+5VSB实现了软开机（如网络开机）功能（既通常所说的P/S，Power/Switch开关），其后续的标准只是输出接口的增加和各组主输出电压分配电流的变化。

ATX12V也叫ATX的2.03版

3.2输出接口之差异

S-ATA电源接口，ATX12V1.3版新增加的接口标准（串行硬盘电源接口）

ATX12V4Pin接口，P4电源必须具备的接口

大4Pin接口,主要是接驳硬盘、光驱等外设用

主输出20Pin接口（接主板），N/C位置本为-5V但ATX12V1.3版已取消

6Pin接口，多数主板此接口已省略，只是少数服务器上还有使用

小4Pin接口，主要接驳软驱，读卡器，高档显卡等外设

3.3输出线颜色与输出电压之对照表

红色

橙色

黄色

黑色

白色

兰色

灰色

紫色

绿色

+5V

+3.3V

+12V

地线

-5V

-12V

PG

+5VSB

P/S

3.4电脑电源的电性参数要求

3.4.1AC输入参数

项目

最小值

正常值

最大值

单位

115V/AC

90V

115V

135V

VACrms

230V/AC

180V

230V

265V

VACrms

AC频率

47

～

63

Hz

3.4.2

电压

DC输出参数

项目

+12V

+5V

-5V

-12V

+3.3V

+5VSB

电压范围（V）

11.4-12.6

4.75-5.25

4.5-5.5

10.8-13.2

3.14-3.47

4.75-5.25

纹波杂讯

120mV

100mV

100mV

120mV

50mV

100mV

短路保护

有

有

有

有

有

有，自动恢复

过压保护（V）

13.4-15.6

5.74-7

N/A

N/A

3.76-4.3

N/A

过功率保护

230W及以下为额定输出功率的130%-170%

230W以上为额定输出功率的120%-160%

3.4.3时间序列

A.电压上升时间（Risetime）,是指电源开机后+5V,+3.3V,+12V从其额定电压值的10%上升到其额定电压值的90%所用的时间

0.1mS

B.电源好信号PG（Powergood）延迟时间,是指+5V达到其额定电压值的95%到PG信号变为高电平所用的时间

100mS

C.电源告警信号PF（Powerfail）延迟时间,是指从P/S关机PF信号变为低电平到+5V降到其额定电压值的95%所用的时间

T3≥1mS

D.掉电保持时间（Holduptime）,是指从AC电压关闭到+5V降到其额定电压值的95%所用的时间

T4≥16mS

ATX电源时间序列图

3.5电源的安规及电磁兼容要求

3.5.13C3C是我国为更好的迎合WTO及提高我国企业的产品本身在国际市场的竞争力，在今年8月才开始实施的一种安全认证。

它包括安全和电磁兼容两方面的要求。

3.5.2UL  UL（保险商试验所）是美国民间安全测试机构，它主要对各种设备、系统和材料进行安全性试验和检查。

UL出版了几百种标准，其中大多数被ANSI（美国国家标准协会）所采纳。

总体来说，UL标准可以分为：

对产品结构的要求、对产品使用的原材料的要求、对产品使用的元器件的要求、对测试仪器和测试方法的要求、对产品标志和说明书的要求等。

现在UL认证已成为全球最严格的认证之一。

3.5.3CB  CB认证是IECEE（国际电工委员会电工产品安全认证组织）制定的一种认证体系，它主要针对电线电缆、电器开关、家用电器等14类产品。

拥有CB标识意味着制造商的电子产品已经通过了NCB（国际认证机构）的检测，按试验结构相互承认的原则，在IECEE/CB体系的成员国内，取得CB测试书后可以申请其他会员国的合格证书，并使用该国相应的认证合格标志。

3.5.4CSA  CSA是加拿大标准协会的简称，成立于1919年，是加拿大首家专门制定工业标准的非盈利性机构，也是世界上最著名的认证机构之一。

在北美市场上销售的电子、电器等产品都要取得CSA安全方面的认证。

该标准主要对产品、工艺、材料的测试手段、服务的安全性和材料等方面作了规定。

3.5.5TUV  德国莱茵技术监督公司（TUV）是德国最大的产品安全及质量认证机构，在欧洲久享盛誉。

设有该机构分公司的国家和地区可以方便地申请GS标志及其他国家的安全认证。

所谓GS标志，就是德国劳工部授权TUV、VDE（德国电器协会）等机构颁发的安全认证标志。

GS的参考标准是UDE和DIN（德国标准协会）标准。

如果产品具有GS标志，代表该产品符合最新的欧洲和德国标准。

3.5.6FCC（美国联邦通讯委员会）一个重要的测量电磁干扰的标准。

电源在工作时内部会产生较强的电磁干扰。

若不加以屏蔽就可能对显示器、主板和其他配件设备造成影响，甚至给人体带来危害。

因此国际上对电磁干扰有严格的规定，通过标准有FCC-A工业标准和FCC-B民用标准两种.

3.5.7CE“CE”标志是一种安全认证标志，被视为制造商打开并进入欧洲市场的护照。

凡是贴有“CE”标志的产品就可在欧盟各成员国内销售，无须符合每个成员国的要求，从而实现了商品在欧盟成员国范围内的自由流通。

    不管是哪国的安全认证，都对爬电距离、抗电强度、漏电流、温度等方面做出了严格规定。

爬电距离指沿绝缘表面测得的两个导电器件之间或导电器件与设备界面之间的最短距离。

UL和CSA安全标准强调了爬电距离的安全要求，这是为了防止器件间或器件和地之间打火从而威胁到人身安全。

抗电强度的要求是在交流输入线之间或交流输入与机壳之间由零电压加到交流1500V或直流2200V时，不击穿或拉电弧即为合格。

关于漏电流的要求，UL和CSA均要求暴露的、不带电的金属部分均应与大地相接。

漏电流的测量是通过在这些部分与大地之间接一个1.5kΩ的电阻，测其漏电流。

开关电源的漏电流，在260V交流输入下，不应超过3.5mA。

温度的要求，安全标准对电器的温度要求很重视，同时要求材料有阻燃性。

对开关电源来说，内部温度不应超过65℃，如果环境温度是25℃，电源的元器件的温度应小于90℃。

不符合安全标准的电源在刚开始用时对使用者并没有什么直接的不良影响，但用久了以后，由于潮湿的空气和灰尘的影响可能导致高压区短路，不但造成电源本身损坏，还会严重影响其他电脑配件。

3.6PFC（Powerfactorcorrection）的简介

3.7电脑开关电源好坏的一般判断方法

3.7.1电性标示参数的判定

国内电脑电源市场销售的电源多数都不标示其输出的实际功率，只标出每一组输出的最大电流如下一300W电源的参数:

输出电压

+5V

+3.3V

+12V

-5V

-12V

+5VSB

最大输出电流

30A

20A

13A

0.3

0.5A

2A

单组输出功率

150W

66W

156W

1.5W

6W

10W

峰值电流

无

16A

无

总功率:

165W最大

192W

总功率:

20W最大

总功率:

280W最大

总功率:

20W最大

通过上表大家可以看出电脑电源输出电流有三种情况:

最大、额定、峰值，上表额定功率为300W，但只要在总功率不变的情况下若+5V为30A那3.3V就只能输出165W-150W/3.3V=4.5A，+12V输出电流就只能为280W-165W/12V=10.4A。

+12V有峰值电流要求，根据ATX电源Intel规范的要求可知，+12V峰值电流的带载时间为30S最大，并且其调整率变为±10%既电压可能为10.8V-13.2V。

3.7.2电脑电源主要部件

3.7.2.1DC输出线

一般常用的有两种UL1007AWG#20和UL1007AWG#18，由于现今电源市场的成本及竞争压力，原则上250W以下都用20#，250W及以上功率电源用18#。

3.7.2.2散热片（Heatsink）

一个设计正常的电源，其寿命的最大影响就是电源内部温度的高低。

在现实中只要成本可接受，散热片越大越好。

我司电源内部晶体元件表面温度要求最高不能超过85℃

3.7.2.3机壳（CASE）

ATX电源用外壳多数材质为镀锌钢板（SECC），也有少数用铝做外壳。

在一些高档的产品中，将外壳进行镀金或镀镍处理的，像我司的海象380电源。

3.7.2.4风扇（FAN）

ATX电源使用的风扇根据尺寸分有8025（既风扇直径*厚度，80mm*25mm），12025（120mm*25mm），8012（80mm*12mm，多数用予Micro机型）。

按转速分有：

低转速（1500转/分左右），中转速（2500转/分左右），高转速（3000转/分以上）。

一般扇叶直径越大其转速越低，因为风扇用于电源判断其性能好与差是根据其排风量的大少决定。

我司电源达硕系列及金河田310、315所用风扇都为8025中转速，海象系列为12025低转速。

为保证性能和减低噪音，多数高端电源都有加温控电路，电源输出功率大发热多时风扇转速就高，反之就低。

4未来电脑电源的发展

今年四月Intel公司公布了《ATX12VPowerSupplyDesignGuide》1.3版，此版进一步加大了+12V电流的输出能力，同等地3.3V和5V电流减低了，并且正式取消了-5V输出，在节能方面正式提出了能源之星（EnergyStar）的要求。

在接口方面增加了串行硬盘接口（SerialATAPowerConnector）。

由此新规范之内容变化，及电源技术的发展和各种原材料成本的不断降低，可以预见未来电脑电源之发展有以下四个方面：

A．节能，主动式PFC成为必须

B．小型化，会有更多的机箱外置电源，同时电脑主板之电源电路会更加完善

C．电源输出功率需求增大

D．电源输出之接口，应用种类会更多

5我司电源规格品介绍

6真假3C电源的区别

7电源制造流程

7.1IQC进料检验

7.2插件

7.3过锡

7.4补焊

7.5ICT测试

7.6电性半成品测试

7.7组装

7.8老化

7.9包装及电性测试（安规测试，性能测试）

刘正波

2003-11-11