电源开关范文1
做开关电源用一片开关稳压器加少量元件，如电感、电容、快速恢复二极管、电阻即可完成。开关电源利用的切换晶体管在全开模式（饱和区）及全闭模式（截止区）之间切换，这两个模式都有低耗散的特点，切换之间的转换会有较高的耗散，但时间很短，因此比较节省能源，产生废热较少。
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电源开关范文2
关键词：通信电源开关技术
0引言
通信电源是通信行业的动力，在电信网络中发挥着不可替代的作用，具有无可比拟的重要基础地位。通信电源又是通信设备系统的心脏，即使是瞬间的中断也是不允许的，因为通信电源系统发生直流供电中断故障是灾难性的，往往会造成整个通信局（站）和通信网络的全部中断和瘫痪。通信电源是电信网络中不可缺少的重要组成部分，是一个完整、规模日趋庞大和复杂的交换、传输、数据、信息、业务、智能等通信网的基石和后台保障，因此通信电源直接关系到整个网络的稳定、可靠和畅通，而开关电源因效率高、体积小、重量轻等优点被大量运用在通信设备供电中。
1开关电源占据通信电源的主导地位
通信直流稳压电源按照其实现直流稳压方法的不同，可分为：线性电源、相控电源和开关电源三种。www.133229.coM
1.1线性电源是通过串联调整管来连续控制，其功率调整管总是工作在放大区。由于调整管上功率损耗很大，造成电源效率较低，只有20～40%，发热损耗严重，安装有体积很大的散热器，因而功率体积系数只有20～30w/dm3。因此线性电源主要用于小功率、对稳压精度要求很高的场合，如通信设备内部电路的辅助电源等。
1.2相控电源是将市电直接经整流滤波后提供直流，通过改变晶闸管的导通相位来控制直流电压。由于相控电源的工作频率低，工频变压器的体积和噪声大，造成对电网干扰和负载变化的响应慢，设备笨重，且危害维护人员的身体健康。另外，其功率因数较低，只有0.6～0.7，严重污染电力电网，效率较低，只有60～80%，造成能源的极大浪费。因此传统的相控电源已逐渐被淘汰。
1.3开关电源的功率调整管工作在开关状态，主要的优点在"高频"上。其工作频率高，大都在40khz以上，无烦人的噪声。体积小，重量轻，适用于分散供电，可与通信设备放在同一机房。效率高，大于90%，在当前能源比较紧张的情况下，能够在节能上做出很大的贡献。功率因数高，大于0.92，当采用有效的功率因数校正电路时，功率因数可接近于1，且对公共电网基本上无污染。模块化的设计，可实行n+1配置，可靠性高。维护方便，可在运行中更换模块，而不影响系统供电，扩容方便、分段投资，可在初建时，预留终期模块的机架，随时扩容。调试方便，内设模拟测试电路，无需另配假负载。具有监控功能，并配有标准通信接口，可实现集中监控，无人值守。
2开关电源的关键技术
开关电源中具有技术突破主要有体现在以下四个方面：
2.1均流技术
大功率电源系统需要用若干台开关电源并联，以满足负载功率的要求，另外通信电源必须通过并联技术来实现模块备份，以提高电源系统的可靠性。因此并联技术在供电系统中必不可少，而并联运行的整流模块间需要采用均流措施，它是实现大功率电源系统的关键，用以保证模块间电流应力和热应力的均匀分配，防止一台或多台模块运行在限流或满载状态，同时延长电源系统的寿命和平均无故障时间。
2.2软开关技术
dc-dc变换器是开关电源的主要组成部分，因此功率变换技术一直受到全世界电力电子学科和行业研究的关注。而如何降低开关损耗，提高开关电源的频率和开关电源的系统效率，代表了开关电源的发展趋势。在经过了硬开关pwm（或pfm）技术和硬开关加吸收网络技术后，软开关技术得到了广泛应用。这样能够极大地降低开关损耗，减小功率器件电和热应力，改善器件工作环境，降低电磁干扰，提高功率密度等，为开关电源实现高效、节能、体积小、重量轻和高可靠性的要求做出了贡献。软开关技术有：谐振技术、准谐振技术、pwm和准谐振相结合的技术。
2.3功率因数校正技术
功率因数校正技术有：采用三相三线制整流，即无中线整流方式，可使谐波含量大大降低，功率因数可达0.86以上；采用无源功率因数校正技术，即在三相三线整流方式下加入一定的电感，可使功率因数达0.93以上，谐波含量降到10%以下；采用有源功率因数校正技术，即在输入整流部分加入一级功率处理电路，使无功功率几乎为0，功率因数可达0.99以上，谐波含量降到5%以下。
2.4智能化监控技术
开关电源大量应用控制技术、计算机技术，进行各种异常保护、信号检测、电池自动管理等，实时监视通信电源设备运行状态，记录和处理有关数据，及时发现故障，以先进的、集中的、自动化的维护管理方式来管理通信电源设备，从而提高供电系统的可靠性。智能化监控技术的应用，使得维护人员面对的不再是复杂的器件和电路，而是一个人机表达和交流的信息，大大改进了维护管理方式。
3开关电源的发展
开关电源在发展，今后仍要不断提高开关电源和供电系统的高新技术含量，以支撑高速发展的现代化通信网络的建设和运行维护管理为主导方向，以高可靠性、高稳定性和可维护性为最终目的。具体有以下几个方面：
3.1小型化
随着通信设备日益集成化、小型化和分散化的发展，以及势在必行的分散供电的广泛应用，要求开关电源也相应小型化，而开关电源工作频率高频化和控制电路集成化，使开关电源的小型化成为可能。特别是随着小型化开关电源的市场迅速扩大，如接入网、数据产品、移动基站、无线市话等，一些小功率模块插件形式的开关电源将应运而生，大有蓬勃发展之势。如中兴通讯的zxdu45嵌入式电源，在结构上采用标准的19英寸插框设计，高度为4u，功能齐全，使用起来极为安全方便。
3.2高智能化
随着开关电源在通信领域多方面的广泛使用，而维护人员又不是专业电源维护人员，只有借助其智能化，对电源设备的运行状态自动检测，对电源故障及时发现、诊断和处理。这就要求智能化在原有监控功能的基础上，增加诊断功能，即故障诊断专家系统，以指导维护人员处理问题，加快故障诊断和检修过程。
3.3电池管理
电池在通信电源系统中的重要性，要求开关电源应具备完善的电池管理功能，充分考虑到电池对管理的需求，全方位地管理电池。也就是说，我们不能满足于对电池的均/浮充、温度补偿、电池保护等方面的管理，还要在电池的充/放电曲线、容量测试、容量恢复等方面进行高层次的管理。
电源开关范文3
【关键词】开关电源；无源功率；因数校正；优化设计
中图分类号：S611文献标识码： A
1.前言
我国早在2002年就开始在全国范围内实行中国强制认证要求，即所谓的3C认证，3C认证有如下的要求：第一，要采用更加严格的电磁兼容（EMC）的要求标准，并型号提供电磁兼容性能简要报告以及相关的文件；第二，对谐波电流的限定和控制的强度需要加强，其实际过程中是添加了PFC（功率因数校正）电路。采取二极管整流、电容滤波的非线性是电路计算机开关电源的原理，它具有输入功率比较低，很强的谐波电流的特点和优势，从而可以用PFC电路来提高功率的因数，对谐波起到一定阻碍效果。这也就意味着功率因数的高低及其谐波电流失真状况是影响计算机电源的一个非常重要的因素。
2.功率因数的校正
根据我们所能掌握的情况来说，PFC（功率因数校正）分为无源PFC和有源PFC两种模式。
如图1所示，便是无源PFC电路的典型代表。
图1 无源PFC电路的运用代表图
事实上，为了防止开关电源的电磁干扰通过进线干扰开关电源外的其它电路或设备，通常会将电感接在整流器的前面，正如下图2所示，这样的改进消除了无源PFC电路中的电感的直流分量，可以防止电感铁芯饱和的情况发生。
应用无源PFC的优势表现在很多方面：方法简略、靠得住，不用进行控制，而且还能够使得输入的电流的总谐波含量和基波比下降到30%以内，输入电流的总谐波的含量及其3、5、7等奇次谐波可以获得很好的改善，功率因数也可以获得很好的提升。由于在电路中应用了串联电感补偿的方法，这样就会在必然程度上降低了成本。
图2 改进型的无源PFC电路
当然，从辨证的角度出发客观的研究无源PFC电路，也不难发现它也具有一些缺点，由于它增加了无源的元件，所以体积就会变得很大而且也会比较的笨重，导致校正之后的功率因数也不是非常的高，一般为0.8左右，并且还会释放大量的热，也有可能引发工频共振和噪声。
有源PFC和无源PFC相比，有源的PFC主要是使用了全控开关器件构成的开关电路，这样来使输入电流的波形跟随电压波形变化，从而能使电流和电压达到同相的目标。
使用有源PFC电路的开关电源的优势主要表现在两个方面，其一，能够使得总谐波的含量下降到5%以内，而功率因数则会跨越0.99，而且还能把开关电源输入电压的区域扩大为全域电压。其二，它还具有稳定性好、振动和噪声比较小的好处。
有源PFC技术的采用是可以很好的降低谐波的含量、增大功率的因数的，如此就满足了谐波含量的要求。但是，由于电路和控制都是比较复杂的，因而会产生较高的成本费用，并且开关器件的高速开关会导致电路开关的耗损增大，这样效率就会比无源PFC电路的效率低一些。
3.无源的PFC的工作原理
假设电源电压是正弦波，它的表达式可以表示为es=Essint；假设非线性负载从交流电源汲取的电路是周期性非正弦波形，可用以下式子进行表示：
Il=Insin(nt+n)
=I1cos1sint+I1sin1cost+I0+Insin(nt+n)
在上式中，等号右边的第1项是基波有功电流的分量，被记为ip；其次是基波无功电流的分量ir；第3项是直流分量；第4项是负载电流iL的高次谐波分量之和，被记为ih。
先计算出在一个周期内的平均功率，从而求得有功功率
P=iLdt=[ip+ii+I0+ih]dt
由此式积分以后演变可得
P=EsI1cos1
视在功率为
S=EsIL
则功率因数为
=P/S=I1/ILcos1=PF
4.无源PFC电路的仿真
在无源PFC的基础原理上，使用了下图3所示的电路进行仿真。
图3 无源PFC仿真的电路图
单相PFC电路的输入电路的电压和电流都是属于正弦波的模式的，输入的电压E=220V，C=300μF。
在PFC的电路中，选取合适大小的电感值L，这一点对于功率因数的校正是十分重要的。本文应用的就是MUTISIM仿真，在负载功率不同的情况下，经过对系统结构中的电感的参数大小的改变来观察系统的输出电流的波形，以及各个谐波的比例。
在负载不变的条件下，无源PFC电路的电感L取值不一样会对电路的功率因数有较大的差异，并且会呈一定的提高趋势，电感L值越大，高次谐波的分量就会越小，这时的电流波形类似于正弦波，相对应的电压相位的差值会越大。表1就为电感及其负载不同的时候的仿真的结果。
表1 电感L及不同负载情况下的功率因数
负载电阻
电感(mH) 100Ω 200Ω 300Ω 400Ω 500Ω 600Ω 700Ω 800Ω 900Ω
5 0.713 0.696 0.678 0.665 0.638 0.624 0.621 0.615 0.610
10 0.749 0.731 0.725 0.697 0.674 0.661 0.658 0.650 0.643
20 0.712 0.705 0.698 0.699 0.637 0.612 0.633 0.637 0.632
30 0.695 0.688 0.679 0.673 0.512 0.611 0.632 0.615 0.613
40 0.745 0.733 0.731 0.728 0.715 0.724 0.725 0.721 0.720
50 0.643 0.667 0.695 0.682 0.685 0.667 0.643 0.631 0.620
60 0.737 0.723 0.731 0.736 0.741 0.721 0.715 0.707 0.702
70 0.688 0.733 0.718 0.722 0.737 0.729 0.724 0.714 0.716
80 0.698 0.718 0.719 0.743 0.753 0.755 0.757 0.746 0.752
90 0.674 0.688 0.716 0.723 0.715 0.721 0.718 0.721 0.726
100 0.669 0.701 0.728 0.711 0.724 0.716 0.723 0.734 0.738
200 0.482 0.625 0.681 0.699 0.720 0.725 0.734 0.735 0.733
250 0.712 0.582 0.628 0.639 0.671 0.689 0.711 0.715 0.716
300 0.494 0.599 0.602 0.598 0.603 0.614 0.625 0.634 0.642
从表1我们就能够看出，当负载一定的时候，电感L的取值不同会造成校正后的功率因数有所变化。电流和电压的相位差与电感L的取值呈同向发展的态势，也就是说电感L的取值越大，电流和电压的相位差就越大，由此导致功率因数下降。当电感L的取值越小时，奇次谐波就会越大，如此也会降低功率因数；当电感L取定值时，跟着负载的增大，功率因数就会下降，而且负载变大，输入的电流就会越大，就会更容易使得电感铁芯趋于饱和，与此同时也会使得电源的输入功率降低。所以只有电感L取得合适值的时候，校正的效果才能达到最佳的状态。
依据表1中的数据，我们可以做出不同负载下功率因数与电感L之间的曲线关系图（如图4所示）
图4 功率因数与电感L的关系曲线图
从上附表和图中，我们可以看出，PFC技术运用在小功率的开关电源电路的时候，校正的效果是比较好的。然而，在许多的实际应用的案例中，很多的电源工作是都是达不到额定功率的，而且多数情况下都是处在轻载的状态的。无源PFC电路当处于轻载和满载的时候，校正的效果也是有所不同的。据我们所知，轻载时校正的功率因数是比满载的时候略微低点，这是在当无源PFC电路在处于轻载的时候会出现的状况。
按照表1 的数据、功率因数和电感L之间的曲线关系及其输入电压和电流相位的关系可以推断找到适合的电感值，而且是能够满足高次谐波的水平的。
一般情况下，在做PFC的分析时，大部分应用的是如图1所示的典型的无源PFC电路，它的电感是接在整流器的后面的，但是实际应用中常常使用如图2所示的经过改进的PFC电路，它的电感是接在整流桥的前面的，这种接法对于去除直流分量是很有效果的。如图5和图6所示，当L=0.06H，RL=300Ω的时候，分别使用图1 和图2的两种电路结构仿真得到的输入电流的频谱图。
图5无源PFC仿真的输入电流频谱图
图6 改进型的无源PFC仿真的输入电流频谱图
从图5所反映的结果来看，较大的直流分量很明显是运用了无源PFC电路结构的，同时我们也能看出电源功率的下降也是很明显的，谐波主要是来自偶次谐波，这样也会导致较大的无功分量的。所以说，现实中的电路中的电感L通常都是接在整流桥的前面的。
5.结束语
通过对分析仿真的无源PFC电路，可以得到下列的几个结论：
（1）输入电流谐波成分会因为PFC技术的应用而得到比较好的作用，同时，正确、合适地使用PFC技术能够适当减小输入的电流和电压的相位的差值。因此，校正功率因数的技术是提高整个电路功率因数质量的一个好的方法。当然，作为输入输出能量传递关键的电感元件，它的作用也是不可小觑。此外，对PFC的结果有作用的因素还包括电感的取值。
（2）无源PFC电路的优势在于：成本较低、较为简单、可以消除可能会产生的各种干扰噪声或信号，同时可以通过控制浪涌的电流来获得较为满意的有功分量。因此，无源PFC技术可以在小功率的场合推荐使用。
【参考文献】
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电源开关范文4
【关键词】开关电源技术；小功率；高频
开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并广泛应用于电子整机与设备中。20世纪80年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代。20世纪90年代，开关电源在电子、电器设备、家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展期。
1 开关电源的发展
1955年美国罗耶（GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，1957年美国查赛（Jen Sen)发明了自激式推挽双变压器，1964年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想，这对电源向体积和重量的下降获得了一条根本的途径。到了1969年由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善，终于做成了25千赫的开关电源。
目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOS－FET制成的500kHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。
2 高频开关的组成
2.1 主电路
从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：
2.1.1 输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。
2.1.2 整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。
2.1.3 逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。
2.1.4 输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。
2.2 控制电路
一方面从输出端取样，经与设定标准进行比较，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据测试电路提供的数据，经保护电路鉴别，提供控制电路对整机进行各种保护措施。
2.3 检测电路
除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表数据。
2.4 辅助电源
提供所有单一电路的不同要求电源。
3 开关电源的技术追求
3.1 小型化、薄型化、轻量化、高频化―――开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积；在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是开关电源的主要发展方向。
3.2 高可靠性―――开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着通信电源的寿命。所以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。
3.3 低噪声―――开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频化，噪声也会随之增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。
3.4 采用计算机辅助设计和控制―――采用CAA和CDD技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实时检测、记录并自动报警等。
4 提高开关电源待机效率的方法
4.1 切断启动电阻
对于反激式电源，启动后控制芯片由辅助绕组供电，启动电阻上压降为300V左右。设启动电阻取值为47kΩ，消耗功率将近2W。要改善待机效率，必须在启动后将该电阻通道切断。TOPSWITCH，ICE2DS02G内部设有专门的启动电路，可在启动后关闭该电阻。若控制器没有专门启动电路，也可在启动电阻串接电容，其启动后的损耗可逐渐下降至零。缺点是电源不能自重启，只有断开输入电压，使电容放电后才能再次启动电路。
4.2 降低时钟频率
时钟频率可平滑下降或突降。平滑下降就是当反馈量超过某一阈值，通过特定模块，实现时钟频率的线性下降。
4.3 切换工作模式
4.3.1 QRPWM对于工作在高频工作模式的开关电源，在待机时切换至低频工作模式可减小待机损耗。例如，对于准谐振式开关电源（工作频率为几百kHz到几MHz），可在待机时切换至低频的脉宽调制控制模式PWM（几十kHz）。
IRIS40xx芯片就是通过QR与PWM切换来提高待机效率的。当电源处于轻载和待机时候，辅助绕组电压较小，Q1关断，谐振信号不能传输至FB端，FB电压小于芯片内部的一个门限电压，不能触发准谐振模式，电路则工作在更低频的脉宽调制控制模式。
4.3.2 PWMPFM
对于额定功率时工作在PWM模式的开关电源，也可以通过切换至PFM模式提高待机效率，即固定开通时间，调节关断时间，负载越低，关断时间越长，工作频率也越低。将待机信号加在其PW/引脚上，在额定负载条件下，该引脚为高电平，电路工作在PWM模式，当负载低于某个阈值时，该引脚被拉为低电平，电路工作在PFM模式。实现PWM和PFM的切换，也就提高了轻载和待机状态时的电源效率。
通过降低时钟频率和切换工作模式实现降低待机工作频率，提高待机效率，可保持控制器一直在运作，在整个负载范围中，输出都能被妥善的调节。即使负载从零激增至满负载的情况下，能够快速反应，反之亦然。输出电压降和过冲值都保持在允许范围内。
4.4 可控脉冲模式（BurstMode）
可控脉冲模式，也可称为跳周期控制模式（SkipCycleMode）是指当处于轻载或待机条件时，由周期比PWM控制器时钟周期大的信号控制电路某一环节，使得PWM的输出脉冲周期性的有效或失效，这样即可实现恒定频率下通过减小开关次数，增大占空比来提高轻载和待机的效率。该信号可以加在反馈通道，PWM信号输出通道，PWM芯片的使能引脚（如LM2618，L6565）或者是芯片内部模块（如NCP1200，FSD200，L6565和TinySwitch系列芯片）。
5 开关电源的发展方向趋势
开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关的。高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。发展功率MOSFET、IGBT等新型高速器件，开发高频用的低损磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法，提高滤波电容的介电常数及降低其等效串
联电阻等，对于开关电源小型化始终产生着巨大的推动作用。
开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各在开关电源制造商都致力同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn-Zn）材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs）下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。对联高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。
模块化是开关电源发展的总体趋势，可以用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N+1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化，其噪声也必将随着增大，而用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，使得多项技术得以实用化。
电源开关范文5
关键词：交流抗干扰电路；PFC电路；高压整流滤波；PWM
1引言2计算机电源发展历程
在计算机各部件中最令人注意的就是CPU的频率、内存的大小、硬盘容量，显卡的性能等等。而对于电脑中的一个重要部件电源．却往往总会受到忽略。而事实上，电脑的许多奇怪症状都是由电源引起的。假如我们把计算机比作一个人的话，CPU作为计算机的核心部件起着运算和控制的作用，它相当于我们人类的大脑；而电源作为计算机的动力提供者，完全等价于我们人类的心脏，其重要之处由此可见。所以有必要了解电源内部结构，熟悉电源的工作原理，才能更好地维护好计算机电源，才能从根本上保障公司各部门计算机设备长时间稳定工作。
2计算机电源发展历程
PC／XT_IBM最先推出个人PC／XT机时制定的标准；AT_也是由IBM早期推出PC／AT机时所提出的标准，当时能够提供192W的电力供应；ATX—Intel公司于1995年提出的工业标准。与AT比较主要变化为：
1、取消了AT电源上必备的电源开关而交由主板进行电源开关的控制，增加了一个待机电路为电源主电路和主板提供电压来实现电源唤醒等功能：
2、ATX电源首次引进了+3．3V的电压输出端，与主板的连接接口上也有了明显的改进：ATX12V——支持P4的ATX标准，是目前的主流标准：ATX12V一1．1：在ATX的基础之上增加了4pin的+12V辅助供电线(PIO)为P4处理器供电，改变了各路输出功率分配方式，增强+12V负载能力；ATX12V一1.3：提高了电源效率，增加了对SATA的支持。去掉了一5V输出，增加了+12V的输出能力；ATX12V一2.0：尚未有产品实施的最新规范；电源连接器由20针改为24针，以支持75W的PCIExpress总线．同时取消辅助电源接口；提供另一路+12V输出，直接为4Pin接口供电；WTX—ATX电源的加强版本：尺寸上比ATX电源大。供电能力也比比ATX电源强，常用于服务器和大型电脑；BTX一现有架构的终结者，电源输出要求、接口等支持ATX12V。
3计算机开关电源的工作原理
电源是一种能量转换的设备，它能将220V的交流电转变为计算机需要的低电压强电流的直流电。首先将高电压交流电(220V)通过全桥二极管整流以后成为高电压的脉冲直流电，再经过电容滤波以后成为高压直流电。此时，控制电路控制大功率开关三极管将高压直流电按照一定的高频频率分批送到高频变压器的初级。接着，把从次级线圈输出的降压后的高频低压交流电通过整流滤波转换为能使电脑工作的低电压强电流的直流电。其中，控制电路也是必不可少的部分。它能有效的监控输出端的电压值，并向控制功率开关三极管发出信号控制电压上下调整的幅度。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，它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。
4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。主要结构为兀型共模、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：
5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，向电网注人大量的高次谐波，功率因数仅有0．6左右，对电网和其他电气设备造成严重的谐波污染与干扰。因此，我国在2003年开始实施的CCC中明确要求计算机电源产品带有功率因数校正器(PowerFactorCorrector，即PFC)，功率因数达到0．7以上。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，在交流输人端．抗干扰电路之后串接了一个大电感，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，功率因数一般为0．8左右；但成本低廉，且无需对原有产品设计进行大幅度修改就可以符合CCC要求，是目前主流电源通常采取的方式。
6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，将输人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”。
7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。PWM(PulesWidthModulation)即脉宽调制电路，其功能是检测输出直流电压，与基准电压比较，进行放大，控制振荡器的脉冲宽度，从而控制推挽开关电路以保持输出电压的稳定，主要由1CTL494及周围元件组成。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。
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。
8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、+3．3V整流)。滤波仍是采用典型的扼流电感配合滤波电容，不过此处的电感不仅为了扼制突变电流，更为重要的作用是像高压滤波部分的电容一样作为储能元件，为输出端提供连续的能量供应。实际产品中高压整流滤波电路、开关电路、低压整流滤波电路是一个整体，虽然原理与前述基本相同，但元件个数、分布方式会有很大变化。例如采用半桥式电压变换的电源就有两个高压滤波电容，每一路直流输出对应两个整流管，各负责半个周期的输出；而采用单端正激式电压变换的电源则只有一个高压滤波电容，每一路直流输出对应两个整流管，工作时间按照开关管占空比分配。其他较为重要的部分还有辅助供电电路与保护电路：辅助供电电路一个小功率的开关电源，交流输入接通后即开始工作。300V直流电被辅助供电开关管调制成为脉冲电流，通过辅助供电变压器输出二路交流电压。一路经整流、三端稳压器稳压，输出为+5VSB，供主板待机所用；另一路经整流滤波，输出辅助+12V电源，供给电源内部的PWM等片工作。主动式PFC具有辅助供电的功能，可以提供+5VSB及电源内部芯片所需电压；故采用主动式PFC的电源可以省略掉辅助供电部分，只使用两个开关变压器。
9保护电路
电源主要的保护措施有7种：
1、输入端过压保护：通过耐压值为270V的压敏电阻实现：
2、输入端过流保护：通过保险丝：
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稳压管两端的基准电压偏差较大时，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，也是通过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、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；
10电源的好坏对其他部件的影响
CPU对电压就非常敏感，电压稍微高一点就可能烧毁CPU，电压过低则无法启动；而硬盘在电压不足时就无法正常工作，在电压波动大时甚至会划伤盘片，造成无法挽救的物理损害；诸如此类，不一而足。在很多情况下，主机内的配件损坏了，用户只是认为是配件本身的质量问题．而很少考虑可能是电源输出的低压直流电电压不稳所造成的。所以，输出电压的波动范围就是考查电源质量的重要指标之一。目前，一般的电源产品在空载和轻载时的表现都较好(假冒伪劣产品除外)，而重载测验才是烈火试真金的真正考验。
参考文献
电源开关范文6
关键词：单片开关电源快速设计
topswithⅱ
thewayofquickdesignforsinglechipswitchingpowersupplyabctract:threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.
keywords:singlechipswitchingpowersupply,quickdesign,topswithⅱ
在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率po，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗pd，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。
下面重点介绍利用topswitch－ii系列单片开关电源的功率损耗（pd）与电源效率（η）、输出功率（po）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提
η/％(uimin=85v)
中图法分类号：tn86文献标识码：a文章编码：02192713(2000)0948805
po/w
图1宽范围输入且输出为5v时pd与η，po的关系曲线
图2宽范围输入且输出为12v时pd与η，po的关系曲线
图3固定输入且输出为5v时pd与η，po的关系曲线
供了依据。
1topswitch－ii的pd与η、po关系曲线
topswitch－ii系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为ui=85v～265v，230v±15％。
1．1宽范围输入时pd与η，po的关系曲线
top221～top227系列单片开关电源在宽范围输入（85v～265v）的条件下，当uo=＋5v或者＋12v时，pd与η、po的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值uimin=85v，最高
η/％(uimin=85v)
η/％(uimin=195v)
交流输入电压uimax=265v。图中的横坐标代表输出功率po，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于top221～top227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。
1．2固定输入时pd与η、po的关系曲线
top221～top227系列在固定交流输入（230v±15％）条件下，当uo=＋5v或＋12v时，pd与η、po的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208v、220v、240v也同样适用。现假定uimin=195v,uimax=265v。
2正确选择topswitch－ii芯片的方法
利用上述关系曲线迅速确定topswitch－ii芯片型号的设计程序如下：
（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当ui=85v～265v，uo=＋5v时，应选择图1。而当ui=220v(即230v－230v×4.3％)，uo=＋12v时，就只能选图4；
（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（po）；
（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；
（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗pd。进而还可求出芯片的结温（tj）以确定散热片的大小；
（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。
下面将通过3个典型设计实例加以说明。
例1：设计输出为5v、300w的通用开关电源
通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85v～265v。又因uo=＋5v，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到po=30w的输出功率点，然后垂直上移与top224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得pd=2.5w。这表明，选择top224就能输出30w功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5w。
若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找top225的实线。同理，选择top225也能输出30w功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7w。
根据所得到的pd值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。
例2：设计交流固定输入230v±15％，输出为直流12v、30w开关电源。
图4固定输入且输出为12v时pd与η，po的关系曲线
η/％(uimin=195v)
图5宽范围输入时k与uimin′的关系
图6固定输入时k与uimin′的关系
根据已知条件，从图4中可以查出，top223是最佳选择，此时po=30w，η=85.2％，pd=0.8w。
例3：计算topswitch－ii的结温
这里讲的结温是指管芯温度tj。假定已知从结到器件表面的热阻为rθa(它包括topswitch－ii管芯到外壳的热阻rθ1和外壳到散热片的热阻rθ2)、环境温度为ta。再从相关曲线图中查出pd值，即可用下式求出芯片的结温：
tj=pd·rθa＋ta(1)
举例说明，top225的设计功耗为1.7w，rθa=20℃/w，ta=40℃，代入式（1）中得到tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度tam下，芯片结温tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。
3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数
3．1修正方法
如上所述，pd与η，po的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的uimin=85v，而图3与图4规定uimin=195v（即230v－230v×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值uimin′所对应的输入功率po′，折算成uimin为规定值时的等效功率po，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（po′/po）用k表示。topswitch－ii在宽范围输入、固定输入两种情况下，k与u′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：
（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值uimin依次为85v，195v，图中的横坐标仅标出ui在低端的电压范围。
（2）当uimin′>uimin时k>1，即po′>po，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当uimin′（3）设初级电压为uor，其典型值为135v。但在uimin′<85v时，受topswitch－ii调节占空比能力的限制，uor会按线性规律降低uor′。此时折算系数k="uor′"/uor<1。图5和图6中的虚线表示uor′/uor与uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。
现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：
（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的uimin′值查出折算系数k。
（2）将po′折算成uimin为规定值时的等效功率po，有公式
po=po′/k（2）
（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据po值查出合适的芯片型号以及η、pd参数值。
下面通过一个典型的实例来说明修正方法。
例4：设计12v，35w的通用开关电源
已知uimin=85v，假定uimin′=90％×115v=103.5v。从图5中查出k=1.15。将po′=35w、k=1.15一并代入式（2）中，计算出po=30.4w。再根据po值，从图2上查出最佳选择应是top224型芯片，此时η=81.6％，pd=2w。
若选top223，则η降至73.5％,pd增加到5w，显然不合适。倘若选top225型，就会造成资源浪费，因为它比top224的价格要高一些，且适合输出40w～60w的更大功率。
3．2相关参数的修正及选择
（1）修正初级电感量
在使用topswitch－ii系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当uimin′lp′=klp（3）
查表1可知，使用top224时，lp=1475μh。当k=1.15时，lp′=1.15×1475=1696μh。
表2光耦合器参数随uimin′的变化
最低交流输入电压uimin(v)85195
led的工作电流if（ma）3.55.0
光敏三极管的发射极电流ie（ma）3.55.0
（2）对其他参数的影响
