开关电源工作原理详细分析

二极管：

开关管、功率二极管

下面我们将重点介绍开关管……

开关管

●开关管

开关电源的开关逆变级可以有多种模式，我们总结了一下几种情况：

当然了，我们只是分析某种模式下到底需要多少元器件，事实上当工程师们在考虑采用哪种模式时还会收到很多因素制约。

目前最流行的两种模式时双管正激(two-transistor forward)和全桥式(push-pull)设计，两者均使用了两颗开光管。这些被安置在一次侧散热片上的开光管我们已经在上一页有所介绍，这里就不做过多赘述。

以下是这五种模式的设计图：

单端正激(Single-transistor forward configuration)

双管正激(Two-transistor forward configuration)

半桥(Half bridge configuration)

全桥(Full bridge configuration)

推挽(Push-pull configuration)

变压器和PWM控制电路

●变压器和PWM控制电路

先前我们已经提到，一太PC电源一般都会配备3个变压器：个头最大的那颗是之前图3、4和图19-23上标示出来的主变压器，它的一次侧与开关管相连，二次侧与整流电路与滤波电路相连，可以提供电源的低压直流输出(+12V，+5V，+3.3V，-12V，-5V)。

最小的那颗变压器负载+5VSB输出，通常也成为待机变压器，随时处于“待命状态”，因为这部分输出始终是开启的，即便是PC电源处于关闭状态也是如此。

第三个变压器室隔离器，将PWM控制电路和开关管相连。并不是所有的电源都会装备这个变压器，因为有些电源往往会配备具备相同功能的光耦整合电路。

变压器

这台电源采用的是光耦整合电路，而不是变压器

PWM控制电路基于一块整合电路。一般情况下，没有装备主动式PFC的电源都会采用TL494整合电路(下图26中采用的是可兼容的DBL494整合芯片)。具备主动式PFC电路的电源里，有时候也会采用一种用来取代PWM芯片和PFC控制电路的芯片。CM6800芯片就是一个很好的例子，它可以很好的集成PWM芯片和PFC控制电路的所有功能。

PWM控制电路

二次侧(一)

●二次侧

最后要介绍的是二次侧。在二次侧部分，主变压器的输出将会被整流和过滤，然后输出PC所需要的电压。-5 V和–12 V的整流是只需要有普通的二极管就能完成，因为他们不需要高功率和大电流。不过+3.3 V, +5 V以及+12 V等正压的整流任务需要由大功率肖特基整流桥才行。这种肖特基有三个针脚，外形和功率二极管比较相似，但是它们的内部集成了两个大功率二极管。二次侧整流工作能否完成是由电源电路结构决定，一般有可能会有两种整流电路结构，如图27所示：

整流模式

模式A更多的会被用于低端入门级电源中，这种模式需要从变压器引出三个针脚。模式B则多用于高端电源中，这种模式一般只需要配备两个变压器，但是铁素体电感必须够大才行，所以这种模式成本较高，这也是为什么低端电源不采用这种模式的主要原因。

此外，对于高端电源而言，为了提升最大电流输出能力，这些电源往往会采用两颗二极管串联的方式将整流电路的最大电流输出提升一倍。

无论是高端还是低端电源，其+12 V和+5 V的输出都配备了完整的整流电路和滤波电路，所以所有的电源至少都需要2组图27所示的整流电路。

对于3.3V输出而言，有三种选项可供选择：

☆在+5 V输出部分增加一个3.3V的电压稳压器，很多低端电源都是采用的这种设计方案;

☆为3.3 V输出增加一个像图27所示的完整的整流电路和滤波电路，但是需要和5 V整流电路共享一个变压器。这是高端电源比较普通的一种设计方案。

☆采用一个完整的独立的3.3V整流电路和滤波电路。这种方案非常罕见，仅在少数发烧级顶级电源中才可能出现，比如说安耐美的银河1000W。

由于3.3V输出通常是完全公用5V整流电路(常见于低端电源)或者部分共用(常见于高端电源中)，所以说3.3V输出往往会受到5V输出的限制。这就是为什么很多电源要在铭牌中著名“3.3V和5V联合输出”。

下图28是一台低端电源的二次侧。这里我们可以看到负责产生PG信号的整合电路。通常情况下，低端电源都会采用LM339整合电路。

二次侧

此外，我们还可以看到一些电解电容(这些电容的个头和倍压器或者主动式PFC电路的电容相比要小的多)和电感，这些元件主要是负责滤波功能。

为了更清晰的观察这款电源，我们将电源上的飞线以及滤波线圈全部移除，如图29所示。在这里我们能看到一些小的二极管，主要用于-12 V and –5 V的整流，通过的电流非常小(这款电源只要0.5A)。其他的电压输出的电流至少要1A，这需要功率二极管负责整流。

–12 V