开关电源电路详解

1、FS1:由变压器计算得到Iin值，以此Iin值可知使用公司共享料2A/250V,设计时亦须 考虑Pin(max)时的Iin是否会超过保险丝的额定值。TR1然敏电阻): 电源启动的瞬间，由于C1L次侧滤波电容）短路，导致Iin电流很大，虽然时间很短暂，但亦可能对Power 产生伤害，所以必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻，以限制开机瞬间Iin在Spec之内（115V/30A, 230V/60A）,但因热敏电阻亦 会消耗功率，所以不可放太大的阻值（否则会影响效率），一般使用SCK053（3A/5Q） 若 C1 电容使用较大的值，则必须考虑将热敏电阻的阻值变大（一般使用在大瓦数的 Power 上 ）

2、。VDR1优波吸收器）:当雷极发生时，可能会损坏零件，进而影响Power的正常动作，所以必须在靠AC输入端（Fuse之后），加上突波吸收器来保护Power（一般常用07D471K）但若 有价格上的考虑，可先忽略不装。CY1， CY2（Y-Cap）:Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容，若AC Input有FG（3 Pin厂般使用Y2- Cap , AC Input若为2Pin（只有L, N）一般使用Y1-Cap Y1与Y2的差异，除了价格外（Y1较 昂贵），绝缘等级及耐压亦不同（Y1称为双重绝缘，绝缘耐压约为 Y2的两倍，且 在电容的本体上会有 回”符号或注明Y1）,此电路蛭 蟹G所以使用Y2-

3、Cap, Y-Cap 会影响 EMI 特性，一般而言越大越好，但须考虑漏电及价格问题，漏电（LeakageCurrent ）必须符合安规须求（3Pin公司标准为750uA max方CX1（X-Cap、） RX1:X-Cap为防制 EMI 零件，EMI 可分为 Conduction 及 Radiation 两部分，Conduction 规范一般可分为：FCC Part 15J Class B CISPR 22（EN55022） Class B种，FCC 测试频率在 450K30MHz, CISPR 22M试频率在 150K30MHz, Conduction 可在 厂内以频谱分析仪验证，Radia

4、tion 则必须到实验室验证，X-Cap 一般对低频段（150K 数M之间）的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好（但 价格愈高），若X-Cap在以上（包含，安规规定必须要有泄放电阻（RX1, 一般为Q 1/4W）。LF1（Common Choke）:EMI 防制零件，主要影响Conduction 的中、低频段，设计时必须同时考虑EMI特性及温开，以同样尺寸的Common Choke而言，线圈数愈多（相对的线径愈细）, EMI 防制效果愈好，但温升可能较高。BD1洛流二极管）：将AC电源以全波整流的方式转换为 DC,由变压器所计算出的Iin值，可知只要 使用1A/600V

5、的整流二极管，因为是全波整流所以耐压只要600V即可。C1熊波电容）：由C1的大小（电容值）可决定变压器计算中的 Vin（min）值，电容量愈大，Vin（min） 愈高但价格亦愈高，此部分可在电路中实际验证Vin（min）是否正确，若AC Input范围在90V132V （Vc1电压最高约190V）,可使用耐压200V的电容;若AC Input 范围在90V264V域180V264V）,因Vc1电压最高约380V,所以必须使用耐压 400V的电容。D2（辅助电源二极管）:整流二极管，一般常用 FR105（1A/600V咸BYT42M（1A/1000V两者主要差异：耐压不同（在此处使用差异无所谓

6、）VF不同（FR105= BYT42M=R10件甫助电源电阻）：主要用于调整PWM IC的VCC电压，以目前使用的3843而言，设计时VCC必须 大于（Min. Load时），但为考虑输出短路的情况，VCC电压不可设计的太高，以免 当输出短路时不保护（或输入瓦数过大）。C70S波电容）：辅助电源的滤波电容，提供 PWM IC较稳定的直流电压，一般使用100uf/25V电 容。Z1（Zener 二极管 ）:当回授失效时的保护电路，回授失效时输出电压冲高，辅助电源电压相对提高，此时若没有保护电路，可能会造成零件损坏，若在3843 VCCf 3843 Pin3脚之间 加一个Zener Diode,当

7、回授失效时Zener Diode会崩溃，使得Pin3脚提前到达 1V,以此可限制输出电压，达到保护零件的目的.Z1值的大小取决于辅助电源的 高低，Z1的决定亦须考虑是否超过 Q1的VGS耐压值，原则上使用公司的现有料 （一般使用1/2W 即可 ）.R2（0动电阻）：提供3843第一次启动的路径，第一次启动时透过R2XtC7充电，以提供3843 VCC 所需的电压，R2阻值较大时，turn on的时间较长，但短路时Pin瓦数较小，R2 阻值较小时，turn on的时间较短，短路时Pin瓦数较大，一般使用220KQ/2W。.R4 （Line Compensation）:高、低压补偿用，使3843

8、Pin3脚在90V/47Hz及264V/63Hz接近一致（一般使用 750KQ Q 1/4Wt问）。R3， C6， D1 (Snubber): 此三个零件组成Snubber,调整Snubber的目的：1.当Q1 off瞬间会有Spike产生， 调整Snubber可以确保Spike不会超过Q1的耐压值，2调整Snubber可改善EMI. 一般而言，D1使用1N4007（1A/1000V）EMI特性会较好.R3使用2W .电阻，C6的 耐压值以两端实际压差为准（一般使用耐压500V的陶质电容）。Q1（N-MOS）:目前常使用的为 3A/600V 及 6A/600V 两种，6A/600V 的 RDS

9、（ON 3A/600V 小, 所以温升会较低，若IDS电流未超过3A,应该先以3A/600V为考虑，并以温升 记录来验证，因为6A/600V的价格高于3A/600V许多，Q1的使用亦需考虑VDS 是否超过额定值。R8:R8的作用在保护Q1,避免Q1呈现浮接状态。R7（Rs 电阻）：3843 Pin3脚电压最高为1V, R7的大小须与R4配合，以达到高低压平衡的目的， 一般使用2W .电阻，设计时先决定R7后再加上R4补偿，一般将3843 Pin3脚电 压设计在之间（视瓦数而定，若瓦数较小则不能太接近1V,以免因零件误差而顶到1V）。R5， C3（RC filter）:滤除3843 Pin3脚的

10、噪声，R5一般使用1KQ 1/8W, C3一般使用102P/50V的陶 质电容，C3若使用电容值较小者，重载可能不开机（因为3843 Pin3瞬间顶到1V）;若使用电容值较大者，也许会有轻载不开机及短路Pin 过大的问题。R9（Q1 Gate电阻）:R9电阻的大小，会影响到EMI及温升特性，一般而言阻值大，Q1 turn on /turn off的速度较慢，EMI 特性较好，但Q1 的温升较高、效率较低（主要是因为turn off速度较慢）;若阻值较小，Q1 turn on / turn off 的速度较快，Q1 温升较低、效率较高，但EMI较差，一般使用51Q150Q 1/8WAR6, C4

11、空制振荡频率）：决定3843的工作频率，可由Data Sheet得到R、C组成的工作频率，C4 一般为10nf的电容（误差为5%）, R6使用精密电阻，以DA-14B33为例，C4使用103P/50VPE电容，R6为Q 1/8W精密电阻，振荡频率约为 45 KHzC5:功能类似RC filter,主要功用在于使高压轻载较不易振荡， 一般使用101P/50V陶质电容。U1（PWM IC）:3843是PWM IC的一种，由Photo Coupler （U2）回授信号控制 Duty Cycle的大小，Pin3脚具有限流的作用（最高电压1V）,目前所用的3843中，有KA3843（SAMSUNG）及U

12、C3843BN.网种，两者脚位相同，但产生的振荡频率略有差异，UC3843BN较KA3843快了约2KHz, fT的增加会衍生出一些问题（例如:EMI问题、短路问题），因KA3843较难买，所以新机种设计时，尽量使用UC3843BNR1、R11、R12、C2L次侧回路增益控制）:3843 内部有一个 Error AMP（误差放大器），R1、R11、R12、C2及 Error AMP组成一个负回授电路，用来调整回路增益的稳定度，回路增益，调整不恰当可能会造成振荡或输出电压不正确，一般 C2使用立式积层电容（温度持性较好）。U2（Photo coupler）光耦合器（Photo coupler）主

13、要将二次侧的信号转换到一次侧（以电流的方式），当二次侧的 TL431 导通后， U2 即会将二次侧的电流依比例转换到一次侧，此时3843由Pin6 （output）输出off的信号（Low）来关闭Q1,使用Photo coupler的原因，是 为了符合安规需求（primacy to secondary的距离至少需。R13（二次侧回路增益控制）:控制流过Photo coupler的电流，R13阻值较小时，流过 Photo coupler的电流较 大，U2转换电流较大，回路增益较快（需要确认是否会造成振荡），R13阻值较大 时，流过Photo coupler的电流较小，U2转换电流较小，回路增益较

14、慢，虽然较 不易造成振荡，但需注意输出电压是否正常。U3（TL431）、 R15、 R16、 R18调整输出电压的大小，输出电压不可超过38V（因为TL431 VKAR大为36V, 若再加Photo coupler的VF值，则Vo应在38V以下较安全），TL431的Vref为， R15及R16并联的目的使输出电压能微调，且R15与R16并联后的值不可太大（尽 量在2KQ以下），以免造成输出不准。R14, C9U次侧回路增益控制）:控制二次侧的回路增益，一般而言将电容放大会使增益变慢；电容放小会使增益变快，电阻的特性则刚好与电容相反，电阻放大增益变快；电阻放小增益变慢，至于何谓增益调整的最佳值，

15、则可以Dynamic 10ad来量测，即可取得一个最佳值。D4（整流二极管）:因为输出电压为，而输出电压调整器 （Output Voltage Regulator用TL431（Vref=而非TL432（Vref=,所以必须多增加一组绕组提供Photo coupler及TL431所需的 电源，因为U2及U3所需的电流不大（约10mA左右），二极管耐压值100V即可,所以只需使用1N4148100V）。C808波电容）：因为U2及U3所需的电流不大，所以只要使用 1u/50V即可。D5（整流二极管）：输出整流二极管，D5的使用需考虑：电流值二极管的耐压值以DA-14B33为例，输出电流4A,使用1

16、0A的二极管（Schottky）应该可以，但经 点温升验证后发现D5温度偏高，所以必须换为15A的二极管，因为10A的VF 较15A的VF值大。耐压部分40V经验证后符合，因此最后使用15A/40V Schottky<C10, R17U次侧 snubber）:D5在截止的瞬间会有spike产生，若spike超过二极管（D5）的耐压值，二极管会 有被击穿的危险，调整snubber可适当的减少spike的电压值，除保护二极管外 亦可改善EMI,R17 一般使用1/2W的电阻，C10一般使用耐压500V的陶质电容， snubber调整的过程（264V/63Hz痛注意R17,C10否会过热，应避

17、免此种情况发 生。C11, C13腮波电容）：二次侧第一级滤波电容，应使用内阻较小的电容（LXZ YXA）电容选择是否洽当可依以下三点来判定:输出Ripple电压是符合规格电容温度是否超过额定值电容值两端电压是否超过额定值R19假负载）：适当的使用假负载可使线路更稳定，但假负载的阻值不可太小，否则会影响效率, 使用时亦须注意是否超过电阻的额定值（一般设计只使用额定瓦数的一半）。L3, C12（LC滤波电路）：LC滤波电路为第二级滤波，在不影响线路稳定的情况下，一般会将L3放大（电感量较大），如此C12可使用较小的电容值。开关电源的工作原理是1 .交流电源输入经整流滤波成直流2 .通过高频PWM

18、（脉冲宽度调制）信号控制开关管，将那个直流加到开关变压器初级上；3 .开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载；4 .输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制PWM占空比，以达到稳定输出的目的.交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西，过滤掉电网上的干扰，同时也过滤掉电源对电网的干扰；在功率相同时，开关频率越高，开关变压器的体积就越小，但对开关管的要求就越高；开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头，以得到需要的输出；一般还应该增加一些保护电路 ，比如空载、短路等保护，否则可能会烧毁 开关电源ATX电源的主要组成部分EMI滤波电路：EMI滤波电路主要作用是滤除外界电网的高频

19、脉冲对电源的干扰，同时也 起到减少 开关电源 本身对外界的 电磁干扰，在优质电源中一般都有两极 EMI滤波电路。一级EMI电路：交流电源插座上焊接的是一级 EMI电源滤波器 电路，这是一块独立的电 路板，是交流电输入后所经过的第一组电路，这个由扼流圈和电容组成的低通网络能滤除电源线上的高频杂波和同相干扰信号，同时也将电源内部的干扰信号屏蔽起来，构成了电源抗电磁干扰的第一道防线。二级EMI电路：市电进入电源板后先通过电源保险丝，然后再次经过由电感和电容组成的第二道EMI电路以充分滤除高频杂波，然后再经过限流电阻进入高压整流滤波电路。保险丝能在电源功率太大或元件出现短路时熔断以保护电源内部的元件，

20、而限流电阻含有金属氧化物成分，能限制瞬间的大电流，减少电源对内部元件的电流冲击。桥式整流器 和高压滤波：经过 EMI滤波后的市电，再经过全桥整流和电容滤波后就变成 了高压的直流电。将输入端的交流电转变为脉冲直流电，目前有两种形式，一种是全桥就是 把四个二极管封装在一起，一种是用4个分立的二极管组成桥式整流电路，作用相同，效果 也一样。一般说来，在全桥附近应该有两个或更多的高大桶状元件，即高压电解电容，其作用是将脉动的直流电滤除交流成分而输出比较平稳的直流电。高压电解电容的使用与开关电路的设计有密切关系，其容量往往是以往电源评测时的焦点，但实际上它的容量和电源的功率毫无关系，不过增大它的容量会减

21、小电源的纹波干扰，提高电源的电流输出质量。PFC电路：PFC电路称为功率因素校正或补偿电路，功率因素越高，电能利用率就越大。目前PFC电路有两种方式，一种是无源式 PFC,又称被动式PFG 一种是有源式 PFG又 称主动式PFG无源式PFC是通过一个工频电感来补偿交流输入的 基波电流与电压的相位差， 迫使电流与电压相位一致， 无源PFC效率较低，一般只有65%-70%,且所用的工频电感又大 又笨重，但由于成本低，仍有许多 ATX电源采用这种方式。有源 PFC是由电子元器件 组成 的，体积小，重量轻，通过专用的 IC去调整电流 波形的相位，效率大大提高，达 95%以上， 但由于成本较高，通常只能

22、在高级应用场合才能看到。开关三极管 与开关变压器：开关电源顾名思义其核心就是开关二字。开关三极管 和开关变压器是开关电源的核心部件，通过自激式或他激式使开关管工作在饱和、截止（即开、关） 状态，从而在开关变压器的副 绕组上感应出高频电压， 再经过整流、滤波和稳压后输出各种 直流电压。开关三极管 和开关变压器是 ATX电源的核心部件，其质量直接影响电源的好坏 和使用寿命，尤其是开关三极管，工作在高反压状态下，没有足够的保护电路，很容易击穿烧毁。开关管的品质直接决定了电源的稳定性，它也是电源中主要的发热元件，拆开电源后看到的主散热片上的两个 晶体管就是开关管。影响高频开关变压器性能的因素包括铁氧体的效率、磁芯截面积的大小和磁隙的宽度，截面积过小的变压器容易产生磁饱和而无法输出较大的功率，各个绕组的匝数直接影响输出的电压，通常我们无法具体的掌握这些参数，所以无法准确的判断变压器到底能输出多大的功率，只有通过 电子负载 机测量才能知道，另外，开关变压器的输出端虽然很多，但其中