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開關(guān)電源元器件的基本圖解(二)
來源:東莞市成良智能科技 發(fā)布時間:2019-08-07 點擊量:1519
開關(guān)電源之 元器件之開關(guān)晶體管
在交換電路中作為無接點快速電子開關(guān),依控制信號導(dǎo)通及截止,決定開關(guān)電源的電流是否流過,于主動功率因子修正電路以及功率級一次側(cè)電路扮演重要角色。
照片中上方為電源內(nèi)常見的N MOSFET(N型金氧半導(dǎo)體場效晶體管),下方則是NPN BJT(NPN型雙接面晶體管)隨著開關(guān)組件的電路組成方式,可構(gòu)成雙晶順向式、半橋式、全橋式、推挽式等等不同的功率級拓墣,在講求高效率的電源供應(yīng)器內(nèi),也有使用開關(guān)晶體構(gòu)成同步整流電路以及DC-DC降壓電路的應(yīng)用。
開關(guān)電源之元器件之變壓器
為何稱為隔離型交換式降壓電源,就是因為使用變壓器作為高低電壓分隔,并利用磁能進行能量交換,不僅可以避免高低壓電路故障時的漏電危險,也能簡單產(chǎn)生多種電壓輸出。因其運作頻率較高,變壓器體積較一般交流變壓器要來得小。
因為變壓器為功率傳遞路徑之一,目前大輸出電源有使用多變壓器的設(shè)計,避免單一變壓器發(fā)生飽和現(xiàn)象而限制功率的輸出。照片中上方較小的變壓器為輔助開關(guān)電源電路以及信號傳遞用的脈沖變壓器,下方較大者為主要功率變壓器以及環(huán)形的二次側(cè)調(diào)整用變壓器。以變壓器作為隔離分界,二次側(cè)的輸出電壓已經(jīng)比一次側(cè)要低上許多,不過還需要經(jīng)過整流、調(diào)整以及濾波平滑等電路,才會變成計算機零件所需的各電壓直流電。
開關(guān)電源之元器件之二極管
開關(guān)電源供應(yīng)器內(nèi)部,隨著各部電路要求及輸出大小而使用不同種類以及規(guī)格,除了一般的硅二極管外,還有蕭特基障壁二極管(SBD)、快速回復(fù)二極管(FRD)、齊納二極管(ZD)等種類。
圖片中為開關(guān)電源之二極管常見的封裝形式FRD主要用于主動功率因子修正以及功率級一次側(cè)電路;SBD用于功率級二次側(cè),將變壓器輸出進行整流;ZD則是作為電壓參考用。
開關(guān)電源之元器件之電感器
電感器隨著磁芯結(jié)構(gòu)、感抗值、電路上安裝位置的不同,可以作為交換電路中的儲能組件、磁性放大電路的電壓調(diào)整組件以及二次側(cè)整流后輸出濾波使用,于電源供應(yīng)器中廣泛使用。
圖片中電感形狀有環(huán)形及圓柱型,隨著感值及電流承受力而有不同的圈數(shù)以及漆包線粗細。
開關(guān)電源之元器件之電容器
如電感器般,電容器同樣也作為儲能組件以及漣波平滑使用。為了承受整流后的高壓直流,高耐壓電解電容用于電源供應(yīng)器一次側(cè)電路;為了降低輸出下電解電容連續(xù)充放電時造成的損失,二次側(cè)電路則大量使用高耐溫長壽阻抗電解電容。
圖片中下方較大者為用于一次側(cè)的高耐壓電解電容,上方較低耐壓則使用于二次側(cè)及外圍控制電路因電容內(nèi)有化學(xué)物質(zhì)(電解液)的關(guān)系,工作溫度對電解電容的壽命有相當影響,所以長時間下運作,除了維持電源供應(yīng)器的良好散熱外,其使用的電解電容廠牌及系列也決定電源供應(yīng)器穩(wěn)定運作的可靠度及壽命。
開關(guān)電源之元器件之電阻器
電阻器用于限制電路上流過的電流,并于電源供應(yīng)器關(guān)閉后釋放電容器內(nèi)所儲存的電荷,避免產(chǎn)生電擊事故。
圖片中左方為大功率水泥電阻,可承受較大功率超額,右方則為一般常見的電阻,其上的色碼標示出其阻值及誤差。
上述組件構(gòu)成的電路若是沒有搭配控制電路的話,是無法發(fā)揮其功能的,而各路輸出也需要隨時監(jiān)視管理,當發(fā)生任何異常時就要立即切斷輸出,以保護計算機零組件的安全。
開關(guān)電源之元器件之各種控制IC
開關(guān)電源供應(yīng)器內(nèi)的控制IC,依其安裝位置及用途來分,有作為PFC電路用、功率級一次側(cè)PWM電路用、PFC/PWM整合控制用、輔助電源電路用整合組件、電源監(jiān)控管理IC等等。
PFC電路用:作為主動功率因子修正電路控制,使電源供應(yīng)器可維持一定的功率因子,并減少高次諧波產(chǎn)生。功率級一次側(cè)PWM電路用:作為功率級一次側(cè)開關(guān)晶體驅(qū)動用PWM(脈寬調(diào)變)信號產(chǎn)生,隨著電源輸出狀態(tài)對其任務(wù)周期(Duty Cycle)的控制。一般常見的有UC3842/3843系列等PWM控制IC。PFC/PWM整合控制用:將上述兩種控制器結(jié)合于單一IC中,可使電路更為簡化,組件數(shù)目減少,縮小體積外也降低故障率。例如常見的CM680X系列,就是PFC/PWM整合控制IC。
輔助開關(guān)電源電路用整合組件:因為開關(guān)電源關(guān)閉后,輔助電源電路仍需持續(xù)輸出,所以必須自成一獨立系統(tǒng),因其輸出瓦數(shù)不需太高,所以使用業(yè)界小功率整合組件作為其核心,例如PI的TOPSwitch系列。開關(guān)電源監(jiān)控管理IC:進行各路輸出的UVP(低電壓保護)、OVP(過電壓保護)、OCP(過電流保護)、SCP(短路保護)、OTP(過溫度保護)監(jiān)視及保護,當超出其設(shè)定值后,便會關(guān)閉并鎖定控制電路,停止電源供應(yīng)器輸出,待故障排除后才可重新啟動。
除了上述組件外,其它還有廠商視需要自行加上的IC,例如風(fēng)扇控制IC等等。
開關(guān)電源之元器件之光耦合器
光耦合器主要是用于高壓電路與低壓電路的信號傳遞,并維持其電路隔離,避免發(fā)生故障時高低壓電路間產(chǎn)生異常電流流動,使低壓組件損壞。其原理就是使用發(fā)光二極管與光敏晶體管,利用光來進行信號傳遞,且因為兩者并無電路上的連結(jié),所以可以維持兩端電路的隔離。
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