策略矩阵分析-观念架构与分析方法

1、开关电源的工作原理课程纲要SPS定义ATX 2.0 2.2定义SPS功能原理SPS未来发展动向电源有如人体心脏,是所有电设备的动力,但电源却不像心脏那样形式单一,因为标志电源的参数有:功率.电压.频率.噪声及带负载时参数的变化等,在同一参数要求下又有体积.重量.形态.效率.可靠性等指标参数的变化等.只要能够供给我们电能的装置,我们称之为电源。而无论是何种电源装置都是利用能量守衡定律。SPS定义凡用半导体功率器件作为开关,将一种电源形态转变成为另一形态的主电路叫做开关变换器电路,同时转变时用自动控制死循环稳定输出并有保护环节则称开关电源(Switching Power Supply,简称SPS)

2、,可分为以下种类:1、AC-DC，理解成AC转换成DC2、DC-AC，称为逆变,3、AC-AC，称为交流-交流直接变频(同时也变压)4、DC-DC，称为直流-直流变换. SPS定义荷兰人NetiR.M.Rao 于1970年所发研出来,是一种非线性转换式电源供应器.就是将输入交流电压整流滤波后的直流高压作一定频率的切换成高压方波信号.该信号经隔离变压器转换成低压直流,再对其加以整流滤波得到固定的直流电压输出。 由于微电子的迅速发展，如今的用电设备对电源系统的要求在设计上性能更加完善，效率更高，重量较轻，体积小的电源。而SPS正是在这种趋势下的新产物，比以往的线性串联稳压器更适合。SPS定义SPS

3、除了应用在PC计算机上以外，亦可以用监视器(Monitor)、终端机(Terminal)、数值工具机、仪器、音响、通讯与导弹系统等领域中。SPS与Liner线性电源供应器相比较:体积小、效率高、重量轻、成本低，可大规模稳定性生产等优点。SPS定义.ATX规格电源供应器定义当传统式之PS/2电源供应器已逐渐被新一代之ATX电源供应器所取代时，选择符合时代潮流的ATX电源供应器应是符合现实的需求。ATX电源供应器是新一代ATX主板所需求的电源供应器，一般来说一部计算机所需的容量145W以上即足够，若考虑需扩充较多的设备，可考虑200W或250W，服务器所需的电力需求较大，则可考虑使用300W，40

4、0W甚至用热切换之备援式电源供应器（300W*2，400W*2等）。电源供应器ATX 12V 2.0版规范当 Intel 推出了 Pentium 4 处理器后，为了满足供电问题，Intel 也推出了 ATX 12V 的电源规范，但由于 CPU 的频率越来越快，相对消耗的功率不断增加，于是 ATX 12V 的规范也不断的更新。目前 Intel 针对 ATX 12V 电源规范主要有 1.0、1.1、1.2、1.3、2.0 五个版本。Intel 2004 年在推出 915/925 芯片组时，同时间也发布了 ATX 12V 2.0 版的电源规范。而 ATX 12V 2.0 版与 1.3 版的差异，主要

5、有两点：一、电源输出接点由 20pin 改为 24pin：满足 PCI Express 16X和 DDR2 的需要。二、+12V 增加了一条线路：一条 +12V（称为+12v1）专门为其它设备供电，而另一条 +12V（称为 +12v2）则为 CPU 供电。多出的 +12v2 实体上并不会有另外的接线存在，但是电源供应器外壳规格贴纸上会标示多了一组 +12v2，ATX 12V 2.0 规范该组 +12v2 在 250W 和 300W 都需要 14A 电流。ATX 12V 2.0 版是 ATX 电源规范的一种，其目的在为了解决 CPU 消耗功耗高涨的问题而制定的，主要针对 Intel 915/92

6、5 芯片组所设计。目前，Prescott 核心的处理器功耗已经突破了 100W，也就是对为 CPU 供电的 +12V 输出电流提出了更高的要求。虽然以目前的电源技术，单一条 +12V 的线路，就可以应付主机的需求，但会导致其输出线材存在较大的安全隐患，同时也会有较大的线路损耗。为此 Intel 还专门限制了单一 +12V 输出不得大于 240VA 的规范。ATX 12V 2.0 版电源加强了 +12V DC 端的电流输出，并对 +12V 的电流输出、滤波电容的容量、保护等做出了新的规定。电源供应器ATX 12V 2.0版规范SPS电源供应器大致包括下列几个模块(用方块图表示如下): a.整流与

7、滤波电路; b.交换组件电路; c.功率隔离变压器电路; d.整流与滤波输出电路; e.回授与控制电路;SPS方框图SPS功能原理 首先,交流AC电压(110V/60HZ或220V/50HZ)输入致整流与滤波电路中,及可获得近似直流(DC)的输出电压.这个初次得到的直流具有相当大的连波.在此电路中,大部分是由二极管.电阻.电容.电感够成的.然后,将这直流输入到第二个电路交换组件电路.这个交换组件电路我们可视为一种电子开关,一般工作在20kHZ至1MHZ的高频下。SPS方框图SPS功能原理这个电路的原理是将直流电压连续切割成近似方波的高频电压信号,在此电路中,主要采用晶体管(BJT)或金氧半场效

8、晶体管(MOSFET)的电子组件.这个组件的开关动作是持续地NO/OFF打开及关闭,而如此的动作状态使得消耗的能量变得非常的小,也因此效率及可大幅度的提高。SPS方框图SPS功能原理此外，这个电路的切割频率是由回授与控制电路所决定的，经过前面两个电路所得的方波信号，输入到高频的功率隔离变压器电路，即可在二次侧获得我们预先设定的低准位电压。有了如此高频的功率隔离变压器后，只要在输入整流与滤波的电路，就可以获得直流电压输出SPS功能原理SPS方框图输出回路主要是由电感、电容组件组成。这个最后所获得的直流电压，虽然可以作为电源之用，但它非常容易的受到输出负载以及输入电压的改变-电压不稳，为了解决这一

9、缺点，我们就必须使用回授与控制电路。SPS方框图SPS功能原理依据闭回路控制,将输出的直流电压反回给回授与控制电路，将输出电压的变化情况与固定的参考电压做比较，在这个电路中，利用一个由OP组成的比较器,将比较出来的信号用来控制交换组件电路中的电子开关,其分成关闭和导通的时间。不断的持续校正，即可获得稳定的输出电压.在此电路中包含PWM控制电路，用来控制调整脉波宽度。SPS功能原理 环保化多媒体电源节约能源微型化,可靠性SPS发展动向何谓多媒体时代的电源 多媒体时代电源技术的关键,是要具备高可靠性.节约能源及体小量轻等三项要点.此三项要点彼此密切相关,最后取抉时,尚应兼顾成本一并评估,方属上策.

10、而且开发此类技术时,并非仅是电路技术,还要在使用材料,整体系统结构等方面进行深入讨论.(ICP-MS).原子吸收分光亮度计(AA).傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR).ROHS指令规定镉=100ppm;铅=1000ppm;汞=1000ppm;六价铬=1000ppm;聚溴化联苯醚=1000ppm;聚溴化联苯=1000ppm 1,实现小型化的关键: (1) 零件的发热与散热处理; (2)使用寿命(受温度上升的影响); (3)EMC(因零件间隔狭窄所产生电磁耦合作用等的影响); (4)为谐波电流限制对策所增加的电路; 欲解决上述课题,则通过以下相应对策执行,予以实现; (1)低损耗电路.低噪声电路;

11、 (2)滤波器的小型化; (3)零件损耗的降低; (4)对应谐波电流的零件的小型化; (5)电路零件小型化;何谓微型化的电源 2.节约能源 自日本东京举办防止地球温室化效应会议(COP3)后,地球环问题就引起重视,其中待机状态的功耗限制作出条纹规定,美国就于1993年订定能源星型计算器规划(energy star computer program),日本通过省暨节约能源中心主导推动此项国际能源星型规划,欧洲针对待机备用电力规定最为严格的瑞士的E200规划,瑞士规定为TCO 95(98).开关电源的损耗可以分为不与输出电流成正比的固定损耗和与输出电流成正比的线性损耗.,以及不属于两种情况下的非线

12、性损耗:效率=输出功率/(输出功率+产损耗)=输出功率/(输出功率+固定损耗+线性损耗+非线性损耗).改善非线性损耗和线性损耗的效果不大,只有从固定损耗着手.。 何谓节约能源的电源-待机状态下的损耗A.导通损耗:P(0N)=4/3*T/ton*n2*Rd(on)I02 T是开关周期,tON是ON时间,I0是输出电流;n是变压器的匝数比;B.关断损耗:P(f)=t(f)/t(on)*n/3*V1*I(0) t(f)是下降时间;V1是关断时的电压.C.接通损耗:P(r)=1/3*t(r)/T*(E(in)/L*t(r)2*Rd(on)+1/2*1/T*C(ds)*V(2)2 t(r)是上升时间;E

13、(in)是输入电压;L是变压器的一次绕组电感;V2是接通时的电压;C(ds)是存储主开关的寄生电容内的电荷消耗量. 总结:待机状态时应改善原来属于固定损耗的接通损耗何谓节约能源的电源-待机状态下的损耗 考虑到非线性导通损耗与固定性的接通损耗之间, 具有折中关系,以下为代表性的节能电源结构. 待机状态时可节约能源的电源结构双电源方式 所谓双电源,就是利用两种稳定化电源的方式.主电源是采用适合额定负载需要的开关电源.至于辅助电源,则采用适合待机负载的稳定化电源.待机时主电源暂停,仅辅助电源工作而已. 近来大型集成电路(LSI),随同多媒体及手提机种的快速进步,已同步向高功能化及高密度化迈进,为实现同步化的功能,必须有低压化的LSI.因此向LSI内供电的DC-DC变换器的输出电压,相同的向低压化转型.不得不考虑如何使其降至1V以下. 然而,应执行1V左右的电压整流时,早期是采用与正向电压降程度相配的二极管,但效率不高,改用开关式电路后,则难以预料.同步整流的简介 同步整流电路本身而言,并非新产品,早期当时缺乏有如目前的ON电阻较小的M