切换式电源供应器的原理及常用元件规格素材.ppt

剖析切換式電源供應器的原理及常用元件規格 Date:Aug.8.2007 轉換效率高、可直流輸入的切換式電源供應器由於大部分電子器材（如電視機、音響、電腦…等）其內部元件所使用的電源均為直流電，故必須有電源供應器（或整流器）來把交流市電轉換成各種不同的直流電壓以使電器發揮功能。依其電路結構的不同，電源供應器可 分為線性式和切換式電源供應器兩種，簡單的線性式電源供應器是由變壓器、二極體整流器和電容濾波器所組成（如圖一），其優點是電路簡單、穩定度高、暫態響應快、可靠度高、漣波小、電磁干擾小，然而因其使用大電流變壓器，體積大且重量重，大多無法直接安裝在電路基板上，轉換效率低（約30～50％）、不可做直流輸入都是其缺點。為克服線性式電源供應器的種種缺點所發展出的切換式電源供應器（方塊圖如圖二所示），其優點是轉換效率高、空載時耗電小、重量輕、可做直流輸入…。雖然在電路結構上比線性式電源供應器來得複雜，漣波比較大、電磁干擾也比較大，但整體而言，切換式電源供應器仍優於線性式電源供應器，故目前電源供應器的市場乃以切換式電源供應器為主流。 圖二? 切換式電源供應器方塊圖 一個優質的切換式電源供應器至少應具有下列特點：* 輸入電壓範圍為90～264伏特之間。? ( 依據全球一般通則, 市電的坡動範圍在 10% 是被允許的; 目前球前電壓最低的地方在日本, 100V; 電壓最高的地方在澳洲, 240V 10% 波動變成 90~264* 輸入頻率範圍47～63Hz。 l 轉換效率80％以上。?* 停電後輸出維持時間（Hold up time）最少10毫秒以上。?* 產生之電磁干擾（Electromagnetic Interfrence, EMI）雜訊（Power line noise）須符合ＦＣＣ和ＣＥ標準。（註1.）?* 輸出入端具隔離效果。* 輸入電壓超出額定值時輸出電壓的改變量（Line Regulation）須小於±1％以下。?* 輸出漣波和雜訊在1％以下。?* 具過電壓、過電流保護功能。?* 具有防靜電和防雷擊功能。?* 機殼的漏電流在0.75mA以下。 註1：ＦＣＣ為美國聯邦通訊委員會的縮寫，ＣＥ為歐盟共同標準。 典型的切換式電源供應器是由9個部分所組成，分別是輸入級（Input stage）包括EMI濾波器和橋式整流電路；功率因數調整級（Power Factor Correction, PFC stage）包含功率因數調整電路；功率級（Power stage）包含功率開關、脈波寬度調變（Pulse Width Modulation, PWM）與驅動電路、隔離高頻變壓器、整流二極體及輸出濾波器；回授級（Feedback stage）包含誤差放大器及光隔離器。 EMI濾波器的主要目的是防止連接在同一電力系統的電氣裝置所產生的傳導性電磁雜訊經由電源導線而彼此互相干擾。橋式整流電路把輸入交流電源轉換為直流電VI。功率因數調整（PFC）電路的目的是調整電源供應器的功率因數，使符合環保標準。PWM與驅動電路用來控制功率開關的導通與否，當功率開關導通時，輸入電壓VI會供應到隔離高頻變壓器的初級繞組上，此時初級繞組上的電流逐漸增加並將能量儲存於其中，同時把能量感應在變壓器的次級繞組上，整流二極體把變壓器次級繞組上的電壓轉變為直流電，經輸出濾波器濾除漣波成分後輸出直流電壓，當功率開關截止時，儲存在隔離高頻變壓器初級繞組上的能量轉移到次級繞組上，持續提供輸出電流。誤差放大器截取一部分輸出電壓與想得到的電壓做比較，誤差值經光隔離器耦合到PWM控制電路上，藉由改變脈波寬度來控制功率開關的導通時間，以精確得到想要的直流輸出電壓。 為因應各種不同的輸出功率，切換式電源供應器發展出下列幾種常用的電路拓僕（Topology），分別是返馳式（Flyback）、順向式（Forward）、全橋式（Full Bridge）、半橋式（Half Bridge）和推挽式（Push-Pull）等。 電路簡單、成本低廉的返馳式電路拓僕圖三為目前最普遍被使用的返馳式電路拓僕之電路簡圖，在100Ｗ以下的應用上，由於它的變壓器又兼作輸出儲能電感使用，且次級端僅需一個二極體，故電路簡單成本低廉，以成本的角度來說，它幾乎是沒有別的電路所能取代的。由L1、PFC IC、Q1、D1和C1組成PFC stage，用來調整電源供應器的功率因數，使符合環保標準。L1的典型值約數百μＨ～數ｍＨ之間，一般採用鐵粉芯（Iron Power Core）材質，Q1電晶體的規格要求為耐電壓600Ｖ，耐電流7Ａ以上，表一為業界常用的規格。PFC IC控制Q1的導通與截止，一般依流過電感的電流波形分為連續式（Cont