开关电源基础知识

180V
230V
265V
VACrms
AC 频率
47
～
63
Hz
3.4.2 DC 输出参数
电压 项目
+12V
+5V
-5V
-12V
ຫໍສະໝຸດ Baidu+3.3V
+5VSB
电压范围(V) 11.4-12.6 4.75-5.25 4.5-5.5 10.8-13.2 3.14-3.47 4.75-5.25
纹波杂讯
120mV
100mV 100mV 120mV
有
有
有
取消 -5V
简述：早期的电脑电源称为 AT 电源，输出电压只有±5V 和±12V，并且它的开关
机是通过直接控制 AC 电压的通断实现的，随着网络的普及和硬件的发展，Intel 发
布了电脑电源的 ATX 标准，增加了+3.3V 和+5VSB（SB 为 standby 的缩写，解释为+5V
待机电源），有了+5VSB 实现了软开机（如网络开机）功能（既通常所说的 P/S，
4
.47K 275V~X2
GMF MPX/JEFU
瓷片电容 电解电容
金属膜电容
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X 电容
麦拉电容
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2.2 电阻(resistance) 单位：1 兆欧(MΩ )=10 3 千欧(KΩ )=10 6 欧姆(Ω )=109 毫欧(mΩ ) 电阻是电路中使用最多的元件,按其材质分有,碳膜电阻、氧化膜电阻、金属 膜电阻。其标示方法为色环标示法。
电源资料
开关电源基础知识教程
1 开关电源与线性电源的区别
1.1 开关电源原理简述
开关电源的框图
③
④
AC 输入 EMI 滤波
①
整流滤波
②
主开关变换 隔离电路
输出整流 DC 输出 滤波
PWM 控
⑤ 制电路
反馈、保 护电路
图一
原理简述：AC 电压经过 EMI 滤波电路滤除各种干扰信号后，经过整流滤 波将 AC 电压变为平滑的直流电，通过 PWM（Pulse-Width Modulation）电路 调节开关晶体的开通与截止，结合变压器之隔离及变换作用，从次级输出一 组方波，通过低压端的整流滤波电路，再输出平滑之直流电。稳压过程是通 过反馈电路从输出端取样再将信号送到 PWM（Pulse-Width Modulation）电 路调节开关晶体的开通与截止时间从而使输出电压稳定。各种保护功能是通 过对输出端的电流、电压的监控然后将信号反馈到 PWM 控制电路从而实现各 种保护功能。特点：可靠性相对较低，纹波杂讯较难控制，电路复杂元件较 多，通过控制电路能实现较多的保护功能，效率高，可实现小型化。应用： 我司 ATX 电脑电源。 1.2 线性电源原理
电压值的 10%上升到其额定电压值的 90%所用的时间
0.1mS<T1<20mS
B. 电源好信号 PG(Power good)延迟时间,是指+5V 达到其额定电压值的
95%到 PG 信号变为高电平所用的时间
100mS<T2<500mS
C. 电源告警信号 PF(Power fail)延迟时间,是指从 P/S 关机 PF 信号变为
TL494、KA7500B、UC3843 等，比较器 IC LM339、LM393 等，可调基准电压 IC
TL431、KA431、1431 等，光藕器 PC817C 等。
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TL431
集成电路 IC
稳压 IC
3 ATX 电脑电源
3.1 电脑电源的版本规格差异
电脑电源差异表
开关电源用二极管一般按其用途分有：开关二极管（如 4148），快恢复二极
管，功率整流二极管（包括超快恢复二极管
(fast-recovery diode) 和 肖 特 基 二 极 管
(schottky-barrier diode)）
一般之开关、快恢复二极管 2.4 三极管（Transistor）
功率整流二极管
电感单位：1 亨利(H)=109 毫亨(mH)=10 12微亨(uH)
变压器在电路中主要为初次极间的安全隔离,能量传输,电压变换等.电感在
电路中主要的作用为滤波、储能等。
变压器
环形电感
棒状电感
2.6 集成电路（IC）
开关电源中常用的 IC 有：脉宽调制（PWM Pulse-Width Modulation）IC
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AC 输入 工频变压器 低压 整流滤波
调整管
输出滤波 直流输出
误差放大
图二
取样反馈
原理简述：AC220V 直接经低频变压器变换为低压经过整流滤波，根据取样和
误差放大电路调整管输出相应所需之电压。特点：可靠性高，纹波杂讯低，效率
低，保护功能较少。应用：我司有源音箱供电。
50mV
100mV
短路保护
有
有
有
有
有
有，自动恢复
过压保护(V) 13.4-15.6 5.74-7
N/A
N/A 3.76-4.3 N/A
230W 及以下为额定输出功率的 130%-170% 过功率保护
230W 以上为额定输出功率的 120%-160%
3.4.3 时间序列
A. 电压上升时间(Rise time),是指电源开机后+5V,+3.3V,+12V 从其额定
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开关电源用三极管按用途分一般分为：小信号用三极管（如 2SC945，A733、 2SC1805 等），功率三极管（如 C4106，E13007、C2335、2SC2625 等）
C 945
小信号用三极管
功率三极管
2.5 变压器(Transformer)、电感(Inductance)系列
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不管是哪国的安全认证，都对爬电距离、抗电强度、漏电流、
温度等方面做出了严格规定。爬电距离指沿绝缘表面测得的两个导电器
件之间或导电器件与设备界面之间的最短距离。UL 和 CSA 安全标准强调
了爬电距离的安全要求，这是为了防止器件间或器件和地之间打火从而
威胁到人身安全。抗电强度的要求是在交流输入线之间或交流输入与机
C. Y 电容：主要为 EMI 滤波用，有安规要求，多数本体为蓝色
D. 瓷片电容：主要用于阻尼吸收，尖峰抑制等，
E. 金属膜电容：稳定性好，成本高，在我司产品应用中主要是防止电源出现
偏磁。本体多为红褐色和兰色。
F. 麦拉电容：本体一般为绿色，性能稳定，一般电源中应用多为振荡电容，
消振网络。
102
10
红色 橙色 黄色 黑色 白色 兰色 灰色 紫色 绿色
+5V +3.3V +12V 地线 -5V -12V PG +5VSB P/S
3.4 电脑电源的电性参数要求
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3.4.1 AC 输入参数
项目
最小值
正常值
最大值
单位
115V/AC
90V
115V
135V
VACrms
230V/AC
电源规格
输出端子配置
3.3V +5Vsb 软开机功能
ATX 电源
AT 电源
6Pin 两组,大 4Pin 小 4Pin 无 无
1.0 版
20Pin,大 4Pin 小 4Pin
有有
2.0 版
20Pin,大 4Pin 小 4Pin
有有
2.2 版
20Pin,大 4Pin 小 4Pin
有有
1.0 版 20Pin,大 4Pin 小 4Pin,6Pin,ATX12V 接口 有
有
无
有
风扇在 上盖
有
风扇在 下盖
有
Micro ATX
有
ATX12V
1.1 版 20Pin,大 4Pin 小 4Pin,6Pin,ATX12V 接口 有
有
有
1.2 版 20Pin,大 4Pin 小 4Pin,6Pin,ATX12V 接口 有
有
有
1.3 版
20Pin,大 4Pin 小 4Pin,6Pin,ATX12V 接 口,SATA5Pin 接口
大 4Pin 接口,主要是接驳 硬盘、光驱等外设用
主输出 20Pin 接口（接 主板），N/C 位置本为 -5V 但 ATX12V 1.3 版 已取消
6Pin 接口，多数主板此接 口已省略，只是少数服务 器上还有使用
小 4Pin 接口，主要接驳软 驱，读卡器，高档显卡等 外设
3.3 输出线颜色与输出电压之对照表
2 开关电源使用的元件：
2.1 电容类（capacitance）：
单位：1 法拉(F)=106 微法(uF)= 109 纳法(nF)=1012 皮法(pF)
A. 电解电容（electrolytical capacitance）：有极性，主要用于滤波储能
B. X 电容：主要为 EMI 滤波用，有安规要求，多数本体为黄色
壳之间由零电压加到交流 1500V 或直流 2200V 时，不击穿或拉电弧即为
合格。关于漏电流的要求，UL 和 CSA 均要求暴露的、不带电的金属部分
均应与大地相接。漏电流的测量是通过在这些部分与大地之间接一个
1.5kΩ 的电阻，测其漏电流。开关电源的漏电流，在 260V 交流输入下， 不应超过 3.5mA。温度的要求，安全标准对电器的温度要求很重视，同
低电平到+5V 降到其额定电压值的 95%所用的时间
T3≥1mS
D. 掉电保持时间(Hold up time),是指从 AC 电压关闭到+5V 降到其额定电
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压值的 95%所用的时间 T4≥16mS
ATX 电源时间序列图
3.5 电源的安规及电磁兼容要求 3.5.1 3C 3C 是我国为更好的迎合 WTO 及提高我国企业的产品本身在国际市场 的竞争力，在今年 8 月才开始实施的一种安全认证。它包括安全和电磁 兼容两方面的要求。 3.5.2 UL UL（保险商试验所）是美国民间安全测试机构，它主要对各种设 备、系统和材料进行安全性试验和检查。UL 出版了几百种标准，其中大 多数被 ANSI（美国国家标准协会）所采纳。总体来说，UL 标准可以分 为：对产品结构的要求、对产品使用的原材料的要求、对产品使用的元 器件的要求、对测试仪器和测试方法的要求、对产品标志和说明书的要 求等。现在 UL 认证已成为全球最严格的认证之一。 3.5.3 CB CB 认证是 IECEE（国际电工委员会电工产品安全认证组织）制定
Power/Switch 开关），其后续的标准只是输出接口的增加和各组主输出电压分配电流
的变化。ATX12V 也叫 ATX 的 2.03 版
3.2 输出接口之差异
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S-ATA 电源接口，ATX12V 1.3 版新增加的接口标准(串行硬盘电源接口)
ATX12V 4Pin 接口，P4 电 源必须具备的接口
银色表+/-10%
十有效数字 2 个位有效数字 4 10 的 2 次方
误差 金色表+/-5%
以上之电阻值为：24*10 2 Ω =2.4KΩ ±5%
颜色与数字的对应表
颜色 黑 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白
表示误差
金
银
数字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 +/-5% +/-10%
2.3 二极管(Diode)
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的一种认证体系，它主要针对电线电缆、电器开关、家用电器等 14 类 产品。拥有 CB 标识意味着制造商的电子产品已经通过了 NCB（国际认证 机构）的检测，按试验结构相互承认的原则，在 IECEE/CB 体系的成员 国内，取得 CB 测试书后可以申请其他会员国的合格证书，并使用该国 相应的认证合格标志。 3.5.4 CSA CSA 是加拿大标准协会的简称，成立于 1919 年，是加拿大首家 专门制定工业标准的非盈利性机构，也是世界上最著名的认证机构之 一。在北美市场上销售的电子、电器等产品都要取得 CSA 安全方面的认 证。该标准主要对产品、工艺、材料的测试手段、服务的安全性和材料 等方面作了规定。 3.5.5 TUV 德国莱茵技术监督公司(TUV)是德国最大的产品安全及质量认 证机构，在欧洲久享盛誉。设有该机构分公司的国家和地区可以方便地 申请 GS 标志及其他国家的安全认证。所谓 GS 标志，就是德国劳工部授 权 TUV、VDE（德国电器协会）等机构颁发的安全认证标志。GS 的参考 标准是 UDE 和 DIN（德国标准协会）标准。如果产品具有 GS 标志，代表 该产品符合最新的欧洲和德国标准。 3.5.6 FCC(美国联邦通讯委员会)一个重要的测量电磁干扰的标准。电源在工 作时内部会产生较强的电磁干扰。若不加以屏蔽就可能对显示器、主板 和其他配件设备造成影响，甚至给人体带来危害。因此国际上对电磁干 扰有严格的规定，通过标准有 FCC-A 工业标准和 FCC-B 民用标准两种. 3.5.7 CE “CE”标志是一种安全认证标志，被视为制造商打开并进入欧洲市 场的护照。凡是贴有“CE”标志的产品就可在欧盟各成员国内销售，无 须符合每个成员国的要求，从而实现了商品在欧盟成员国范围内的自由 流通。