电源供应器介绍讲课资料课件.ppt

1、第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介 什麼叫電力什麼叫電力(Electricity)？電力就是電子電力就是電子(Electron)在導體介面上的流動在導體介面上的流動 電力就像是一種流體電力就像是一種流體(Fluid)(例如：水例如：水)影響電力的三項變數影響電力的三項變數電流電流 Current：以安培：以安培 Amp(A)表示表示 它是電子流，像水流一樣它是電子流，像水流一樣 電壓電壓 Voltage：以伏特：以伏特 Volt(V)表示表示 它是電子壓，像水壓一樣它是電子壓，像水壓一樣 電阻電阻 Resistance:以歐姆以歐姆 Ohm()表示表示 它是反它是反(逆逆)向電子流，像

2、反向電子流，像反(逆逆)向水流一樣向水流一樣第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介 交流電交流電(Alternating Current,AC)正弦波正弦波(Sine Wave),它一直改變正負方向它一直改變正負方向時間時間直流電直流電(Direct Current,DC)它在同一個方向它在同一個方向(正或負正或負)流動流動時間時間12第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介 什麼叫頻率(Frequency)？頻率頻率就是測量電流在一定時間內重複次數就是測量電流在一定時間內重複次數一般計算都以每秒幾週期為單位一般計算都以每秒幾週期為單位,即即 Hz時間時間時間時間時間時間F=1/T第一章

3、第一章 电源供应器简介电源供应器简介 1.2 1.2 交换式电源供应器简介交换式电源供应器简介 (1)(1)交换式电源供应器主要为改善传统线性式电源的体积、重量与效率。其工作原理如图 1.2，将商用电源直接整流滤波（Off-Line）,高的直流电压用高频晶体管切换成高频交流电压，经高频变压器变换成所需的电压，然后再经整流滤波成直流电压。由于晶体管、二极管的高速切换工作，使得切换瞬间有噪声产生。图图 1.31.3交换式电源供应器之原理图交换式电源供应器之原理图 第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介 (2)(2)S.P.S.的方块图及说明如下：图图 1.4 S.P.S.1.4 S.P.S.电

4、路方块图电路方块图(a)EMI滤波器：S.P.S.中内建的电源滤波器，来滤除S.P.S.所产生的EMI干扰。(b)浪湧电流抑制：在 S.P.S.启动瞬间会产生一大的浪湧电流，浪湧电流过大，易损坏S.P.S.且易对配电系统造成不良影响，故在S.P.S.中均有浪湧电流抑制电路。(c)输入整流：用来将输入的交流电源转换为直流电源。(d)转换器：将直流电源切换成高频讯号经高频变压器作升/降电压。(e)输出整流：将转换器处理过之脉动直流电源再作整流，使输出电压成为一稳定直流电源。(f)回授控制：控制转换器使其依不同的负载，输入电压作调整，使输出得到稳定直流电源。(g)保护线路：在S.P.S.动作异常时，

5、使S.P.S.作关机等进入保护模式的线路，通常有过电 压保护、过温度保护、过电流(过载保护)等。实际线路说明请参阅1.7节 第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介 1.5 1.5 交换式电源供应器线路原理交换式电源供应器线路原理 (1)(1)简介简介 在所有直流对直流电源转换器中，依输入电压与输出电压大小及极性关系，可将之区分为三种基本电路结构。(a)使用于当输出电压要求小于输入电压情形下之降压型（Buck or step-down）电路结构。(b)使用于当输出电压要求大于输入电压情形下之升压型（Boost or step-up）电路结构。(c)第三种是当输出电压极性与输入电压极性相反时采

6、用之反转型（Inverter or buck-boost）电路结构，此种电路结构不但可使输出电压极性与输入电压极性相反，而且输出电压绝对值可小于或大于输入电压值。当直流对直流转换器需作输入/输出隔离时，上述三种基本电路结构就不能使用，此时就须使用经此三种基本电路结构演变成之顺向型（Forward Type）、返驰型（Flyback Type）、半桥型（Half-Bridge Type）、推挽型（Push-Pull Type）及全桥型（Full-Bridge Type）电路结构。若以切换信号的产生方式来区分，则可分为自我振荡及PWM IC控制。在自我振荡方面，其振荡频率由输入电压及负载来决定，而

7、PWM IC控制则视所使用的控制IC来决定。第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介 (2)(2)线路原理线路原理 非隔离型非隔离型 当开关导通，能量经由L1传送到负载并储存于L1上，当开关截止时能量由L1提供，经D1、L1传送到负载。(a)(a)降压式转换器（Buck RegulatorBuck Regulator）第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介 当开关导通能量储存于L1，当开关截止时，能量由L1、D1传送到负载，且因加上之前L1所储存之电压，在负载可得到比输入电源电压还高的电压。(b)(b)升压式转换器（Boost RegulatorBoost Regulator）(C)(C

8、)升降压式转换器（Buck-Boost RegulatorBuck-Boost Regulator）当开关导通能量储存于L1，当开关截止时能量由L1、D1传送到负载.第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介 隔离型隔离型(a)(a)返驰式转换器（Flyback ConverterFlyback Converter）当开关（MOSFET）导通时，能量储存于变压器中，当开关截止时，能量透过变压器传送到负载。第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介 (b)(b)顺向式转换器（Forward ConverterForward Converter）当开关（MOSFET）导通时，能量透过变压器，D1储

9、存于电感中及传送到负载，开关截止时储存的能量由L1（电感）经D2传送到负载。第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介 1.6 1.6 交换式电源线路比较与应用交换式电源线路比较与应用电路架构特点选用考虑返驰式 1.电路结构简单 2.变压器与储能电感共享体积大 3.输出涟波电流大 4.电路可同时具连续与非连续电流工作模式 5.不需储能电感 6.并联使用时平衡性良好 7.开关耐压约需 1.52倍输入电压以上 8.驱动方式较简单 1.零件数少 2.因涟波电流大，大瓦数仅适合高压小电流输出 3.在低压输出应用上多用于 100W 以下顺向式 1.驱动方式简单 2.与返驰式比较电路较复杂 3.开关耐压需

10、 1.52倍输入电压以上 4.可应用于较大瓦数 1.零件数较多 2.适 500W以下输入应用 3.涟波电流较小，可应用于低电压大电流场合第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介Input 部分(EMI FilterRectifier)功率轉換功率轉換(Transformer;Mosfet)Output部分RectifierFilterPoutPWM 控制控制徊授部分徊授部分電壓調整電壓調整OVP,OCP,SCPP LossPin=Pout+P lossEff PinPoutX 100%Pin第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介 图1.13为HIPRO 65W電路圖:1.7 1.7 交换

11、式电源实例说明交换式电源实例说明EMI全波整流突波吸收回路輸出濾波電路回授電路Vcc供電OVPOTPOPP第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介 (1)防雷击突波-ZNR1突波吸收器。突波吸收器为一电阻性组件，以最常用電源產品的-471为例，其平常为高阻抗，随两端电压之上升，其导通程度会增加，当两端电压达 470VDC/332VAC时阻抗会大幅降低，此时导通电流约达 1mA，故可达到 bypass高压突波之功能，有效地抑制不正常的高压突波进入电源供应器。(2)EMI滤波器(但不包含 ZNR1突波吸收器)，此EMI滤波器模块普遍出现于本公司产品之输入端以滤除噪声干扰，虽然组成零件依机种之定位

12、要求而不尽相同，但基本上均由 X电容、Y电容及共模电感三大类组件组合而成，其中：CX1为 X电容，滤除差模噪声。CY1为 Y电容，滤除共模噪声。NF1、NF2为共模电感，滤除共模噪声。(3)输入整流-BD1桥式整流器。將市電整流為全波,然後由大電容整流成直流電壓。第一章第一章 电源供应器简介电源供应器简介 (4)PWM初级线路-IC1 PWM控制器，Q1:主开关。将流过 整流濾波后之直流电源切换成高频讯号以便利用高频变压器作升/降电压。(7)隔离变压器-T1，具隔离及降压功能。(8)输出整流滤波电路 D31、C31,C32,将前述经隔离变压器升/降电压后之高频脉动電壓再作整流与滤波，使输出电压

13、成为一稳定直流电源。(9)侦测回授回路-R36、PH1等组成，侦测输出电压回授给 PWM控制 IC(此处为 IC1)，以达成控制输出电压之目的。电阻R33以及电容C37与C36提供TL431所需的回授回路补偿以便稳定控制回路 (10)过电压保护回路-由 ZD1、Q2组成，当输出电压高于规格时，由 Q2控制 PWM IC，可防止输出电压过高，以保护客户的系统不因异常之高压输入而故障或损毁。第二章第二章 交换式电源供应器规格解释交换式电源供应器规格解释 2.1 2.1 输入电压输入电压(Input Voltage)/(Input Voltage)/频率频率(Frequency)(Frequency

14、)S.P.S.电源已被广泛的使用于国内和世界各国，依产品种类有直流和交流两种输入方式。使用前需先确认输入电源是交流、直流、电压范围、输入切换的方式以及其它外在需配合的条件。假如输入电压超出使用范围，将有可能造成电源供应器损毁，另外虽然输入电压在范围内，但输入电压波形是失真的波形，电源供应器亦有可能无法正常运作。第二章第二章 交换式电源供应器规格解释交换式电源供应器规格解释 (1)(1)输入电压波形如为直流或方波需确保最大值符合正弦波之 1.4倍。例如:AC input 90264VAC。(2)(2)输入电源频率：交换式电源的交流输入电源频率，一般为 50或 60Hz，但依电力公司提供之电源频率

15、稳定度为+/-3Hz，故 S.P.S.之输入电源频率允许值为 4763Hz。如于特殊用途（如船舶），其使用频率可扩为 440Hz，但需留意泄漏电流会增加。(3)(3)安规机型申请之输入电压范围参照各机型之贴纸标示。标准的电源供应器通常从交流输入直接整流，而且绝大部份都是电容滤波，于是就会有脉波电流流经滤波电容，而输入电流的量测需使用具有 True rms功能之电流表。输入电流值与输出功率、输入电压、功率因子和效率之关系式如下:2.2 2.2 输入电流输入电流(Input Current)/(Input Current)/功率因素功率因素(Power Factor)(Power Factor)交

16、换式电源的功率因子典型值一般介于 0.40.6之间，如有内建主动式功率因子矫正线路，则其值可高至 0.95以上。第二章第二章 交换式电源供应器规格解释交换式电源供应器规格解释 当电源加入交换式电源供应器时，会有峰值电流流经内部的输入滤波电容器，此电流称为浪湧电流。浪湧电流的大小与有无浪湧电流抑制回路有关。大部份 S.P.S.之浪湧电流抑制器是使用热敏电阻，冷机时为高阻抗以抑制浪湧电流，热机时为低阻抗以减少功率损失，故应尽量避免于运转时快速开关输入电源，一般建议于关机数秒后再开机。2.3 2.3 浪湧电流浪湧电流(Inrush Current)(Inrush Current)浪湧电流与平常状态的

17、输入电流来比较，会有数倍至数十倍大的浪湧电流。另外 S.P.S.多台使用时，浪湧电流会增加，所以外加输入配线、保险丝或开关时，必须留意其瞬间耐电流量。第二章第二章 交换式电源供应器规格解释交换式电源供应器规格解释 Over-shoot&Under-shoot 産品在空載開關機時因光耦回應速度的限制輸出電壓可能會出現Over shoot&Under shoot一般不超過規格值的10%。Over shootUnder shoot 第二章第二章 交换式电源供应器规格解释交换式电源供应器规格解释 Turn on time&Rise timeTurn on time&Rise time Turn on

18、timeTurn on time是指AC電壓輸入開始到産品輸出電壓上升到規格電壓90%的時間。在Chroma ATE測試時觸發點一般定義爲1到7。第二章第二章 交换式电源供应器规格解释交换式电源供应器规格解释 Turn on time&Rise timeTurn on time&Rise time Rise time一般指産品開機時輸出電壓從10%上升到90%的時間。在Chroma ATE測試時觸發點一般定義爲7到8。第二章第二章 交换式电源供应器规格解释交换式电源供应器规格解释 Hold up time:Hold up time:指關閉AC輸出電壓後産品滿載時輸出電壓下降到90%的時間。第二章第二章 交换式电源供应器规格解释交换式电源供应器规格解释 平均效率平均效率 效率=輸出電壓*輸出電流/(輸入電壓*輸入電流*PF)