ATX电脑电源全攻略.doc

ATX电脑电源全攻略
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电源原理
本文来源:
/ccetest1/ 分析ATX电源
直流稳压电源是电子、电器、自动化设备中的基本组成部分,主要部件为半导体超大规模集成电路的计算机自然也不能免俗。随着近年各种硬件设备频率、速度和功耗的提高,电源对于整个系统稳定性的影响也越来越大。那么这计算机"稳定的基石"、"动力的源泉"又是如何工作的呢?
计算机电源的输入为高压交流市电,要求输出为高稳定性低压直流。目前的常见产品主要采用脉冲变压器耦合型开关稳压电源,主要的转换过程为:
高压市频交流-(整流、滤波)>高压直流-(调制)>高压高频交流-(变压)>低压高频交流-(整流、滤波)>低压直流
由输入端算起,分为交流抗干扰电路、功率因数校正电路、高压整流滤波电路、开关电路、低压整流滤波电路5个主要部分。
交流抗干扰电路
为避免电网中的各种干扰信号影响高频率、高精度的计算机系统,防止电源开关电路形成高频扰窜,影响电网中的其他电器等;各种电磁、安规认证都要求开关电源配有抗干扰电路。
主要结构为П型共模、差模滤波电路,由差模扼流电感、差模滤波电容、共模扼流电感、共模滤波电容组成;一般应有两级,分别在交流电源线插座与电路版输入端。功率因数校正电路
开关电源传统的桥式整流、电容滤波电路令整体负载表现为容性,且使交流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,,对电网和其他电气设备造成严重的谐波污染与干扰。因此,中明确要求计算机电源产品带有功率因数校正器(Power Factor Corrector,即PFC),。
PFC电路分为主动式(有源)与被动式(无源)两种:
主动式PFC本身就相当于一个开关电源,通过控制芯片驱动开关管对输入电流进行"调制",令其与电压尽量同步,功率因数接近于1;同时,主动式PFC控制芯片还能够提供辅助供电,驱动电源内部其他芯片以及负担+5VSB输出。主动式PFC功率因数高、+5VSB输出纹波频率高、幅度小,但结构复杂,成本高,仅在一些高端电源中使用。目前采用主动式PFC的计算机电源一般采用Boost converter(即升压转换器)式设计,电路原理图如下:
被动式PFC结构简单,只是针对电源的整体负载特性表现,在交流输入端,抗干扰电路之后串接了一个
"大号"电感,强制平衡电源的整体负载特性。被动式PFC采用的电感只需适应50~60Hz的市电频率,带有工频变压器常用的硅钢片铁芯,而非高频率开关变压器所采用的铁氧体磁芯,从外观上非常容易分辨。被动式PFC效果较主动式PFC有一定差距,;但成本低廉,要求,是目前主流电源通常采取的方式。
高压整流滤波电路
目前的各种开关电源高压整流基本都采用全桥式二极管整流,将输入的正弦交流电反向电压翻转,输出连续波峰的"类直流",再经过电容的滤波,就得到了约300V的"高压直流"。
开关电路
开关电源的核心部分,主要由精密电压比较芯片、PWM芯片、开关管、驱动变压器、主开关变压器组成。精密电压比较芯片将直流输出部分的反馈电压与基准电压进行比较,PWM芯片根据比较结果通过驱动变压器调整开关管的占空比,进而控制主开关变压器输出给直流部分的能量,实现"稳压"输出。使用驱动变压器的目的是为了隔离高压(300V)区与低压区(最高12V),避免开关管击穿后高压电可能对低压设备造成的危害,也令PWM芯片无需接触高压信号,降低了对元件规格的要求。
脉冲变压器耦合型开关稳压电源主要的直流(高压到低压)转换方式有5种,其中适合作为计算机电源使用的主要为推挽式与半桥式,而推挽式多用于小型机、UPS等,我们常见的电源产品则基本都采用半桥式变换。近年由于半导体元件加工工艺的进步,也有少数产品采用了原本受到功率限制无法使用在个人计算机或服务器上的单端正激式变换方式,本次测试中的航嘉
-宽幅王就是一例。
低压整流滤波电路
经过调制的高压直流成为了低压高频交流,需要经过再次整流滤波才能得到希望的稳定低压直流输出。整流手段与高压整流类似,仍是利用二极管的单向导通性质,将反向波形翻转。为了保证滤波后波形的完整性,要求互相配合实现360°的导通,因此一般采用快速恢复二极管(主要用于+12V整流)或肖特基二极管(主要用于+5V、+)。滤波仍是采用典型的扼流电感配合滤波电容,不