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经典指南:你真的了解开关电源吗?
时间:2024-01-04 开关电源

  电源是一切电子设备的心脏,没有电源,电子设备就不可能工作。虽然市面上有很多介绍开关电源的书籍,但仍然缺少快速入门及经验总结类的资料,所以,尽管资料丰富,但还是有很多人不知道怎么样利用。当然这篇文档只是入门介绍,深入研究还要看其他专著。

  从电网得到的交流电或由电池取得的直流电是随环境和温度、时间和负载所变化的,它们不能直接成为电子设备所需的内部电源。电子设备由于要完成许多高级的功能,对其供电电源的精度随环境的变化,动态响应能力,还有很多其他的指标都有非常高的要求。将电网或电池的一次电能转换为符合电子设备要求的二次电能,这样的变换设备就是我们这里要讲的电源。

  随着片状电子元件、表面安装技术及大规模集成电路的发展,电子科技类产品越来越小型化、轻型化,如何缩小电源的体积减轻重量,提高电源的转换效率,增强对电网电压的适应性,是人们致力于研究的重点。

  一个比较好的解决方案是:以轻巧的高频变压器取代笨重的低频变压器,采用脉冲调制技术的直流--直流变换器型稳压电源,即我们马上就要讲到的开关电源。

  开关电源具有管耗小、效率高、稳压范围宽及体积小、重量轻等优点,目前已在各种电子仪器和设备、航空和宇宙飞行器、发射机、电子计算机、通讯设备和电视机、录放像机等中得到了广泛应用。

  有些技术很成熟了,只要查表或者使用现成电路或专用芯片就能做好。EMI很难,因为元件特性会变化。

  一个很容易找到的开关电源就是PC机里用的ATX电源了。拆开电源能够正常的看到里面的构造:

  3、交流互感滤波(对高于50HZ高次谐波滤波,避免对后面电路的高频干扰)

  9、开关激励脉冲形成电路(集成电路TL494和LM339比较器,开关振荡稳压控制,控制开关管)

  POW_OK信号(在AT电源中及部分电源板上称P.G信号)为微机开机自检启动信号,为避免开机时各路输出电路时序不定,CPU或各部件未进入初始化状态造成工作错误及突然停电时,硬盘磁头来不及移至着陆区造成盘片划伤,微机电源中均设置了POW_OK信号。

  PS_ON#信号:ATX电源最主要的特点是,它不采用传统的市电开关来控制电源是否工作,而是采用“+5VSB、PS_ON#”的组合来实现电源的开启和关闭,只要控制 “PS_ON#”信号电平的变化,就能控制电源的开启和关闭。电源中的S-ON控制电路接受PS_ON#信号的控制,当“PS_ON#”小于1V伏时开启电源,大于4.5伏时关闭电源。主机箱面上的触发按钮开关(非锁定开关)控制主板的“电源监控部件”的输出状态,同时也可用程序来控制“电源监控件”的输出,如在WIN9X平台下,发出关机指令,使“PS_ON#”变为+5V,ATX电源就自动关闭。

  +5VSB:待机电源,上电后一直存在,该输出连接到ATX主板的“电源监控部件”,作为它的工作电压,使操作系统可以直接对电源来管理。通过此功能,实现远程开机,完成电脑唤醒功能。

  ATX电源需要短接PS_ON#和COM(即ATX主板电源接口的14脚和15脚短接)才能启动(此时电源散热风扇转动)。

  开关电源变压器是开关电源中的核心部件,作用有三:磁能转换、电压变换和绝缘隔离。由于开关变压器的工作频率很高,因此它的体积和重量比工频变压器大为缩小,同时变压器的分布参数亦不能忽略。设计时需要仔细考虑磁芯材料选择,磁芯与线圈的结构,绕制工艺等。

  开关电源变压器工作于高频状态,分布参数有漏感、分布电容和电流趋肤效应。一般根据开关电源电路设计的要求提出漏感和分布电容限定值,在变压器的线圈结构设计中实现,而趋肤效应则作为选择导线规格的条件之一。

  开关电源变压器的工作状态与开关型功率变换器的电路形式有关,一般根据功率大小,使用上的要求,采用不一样形式的功率变换器。不同的电路形式,开关电源变压器工作状态也不同,对开关电源变压器也提出了不同的设计要求。

  变换器形式有:双极性(推挽式、全桥式、半桥式),单端正激式,单端反激式等。

  开关电源变压器中使用的是软磁材料。比如:铁氧体材料。铁氧体材料很容易加工成各种形状,可根据开关变压器的电路类型、使用上的要求、功率等级、经济指标等选用合适的磁芯形状。磁芯型号主要有:EE、EI、EC、ETD、G、GK、H、HQ、UY、UF、PM、RM。每种型号又有很多尺寸规格可以选择。

  开关电源变压器参数计算:漏感计算、分布电容计算、穿透深度(导线选择)、交流电阻计算、电流有效值。