湖南工程学院
电子实习
课题名称PCB制板与工艺设计
专业班级自动化0901
姓名彭玉昆
学号 0122
指导教师赵葵银，邱泓等
2012年 6 月 22日
湖南工程学院
电子实习任务书
课题名称PCB制板与工艺设计
专业班级自动化0901
学生姓名彭玉昆
学号 0122
指导老师赵葵银、邱泓等
审批
任务书下达日期 2012 年 6月18日
任务完成日期2012年6月22日
湖南工程学院 电子实习 课题名称PCB制板与工艺设计 专业班级自动化0901 姓名彭玉昆 学号200901020122 指导教师赵葵银，邱泓等 2012年 6 月22日
湖南工程学院 电子实习任务书课题名称PCB制板与工艺设计 专业班级自动化0901 学生姓名彭玉昆 学号 200901020122 指导老师赵葵银、邱泓等 审批 任务书下达日期 2012 年 6月18日 任务完成日期2012年6月22日
设计内容与设计要求 设计内容： 对给定的电路（按学号进行分配），使用Protel软件，进行电路图绘制，进行PCB制版设计，设计为双面板，板子大小合适，进行合理的规则设置，PCB板子的元器件布局、布线合理，要求补泪滴、铺铜，电源线与地线不小于20mil，要求按工业化标准设计，并进行必要的合理的抗干扰处理。 设计要求： 1）初步分析电路图，按16纸张大小，绘制电路图，若超出16K，则分页绘制。 2）查阅元器件参数与封装，没有的封装要求自建封装库。 3）进行ERC规则检查，生成正确的网络表（不打印）； 4）按工业化标准进行PCB制板与工艺设计（参数设置，规则设置，板子大小确定，布局，布线，补泪滴，铺铜，抗干扰处理等）。 5）生成的报表有（网络表，板子信息表，材料清单表，数控钻孔文件，元件拾放文件）； 6）写说明书（以图为主，文字为辅） 7) 必须打印的文档为：①原理图②材料清单③顶层④底层⑤各层叠印（各层重叠一起打印）⑥丝印层⑦3D效果图。其他的表单或PCB图层只生成，不打印。 8）提高说明书及电子文档
主要设计条件 1.现代电子设计实验室（EDA）； 2.Protel软件。 3.任务电路图； 4.设计书籍与电子资料若干。 5.示范成品PCB样板若干，示范电子成品若干。 说明书格式 目录 第1章电路图绘制 第2章元器件参数对应封装选择及说明（有适当文字说明）第3章 ERC与网络表（有适当文字说明，网络表不需打印）第4章 PCB制板与工艺设计（有适当文字说明） 第5章各种报表的生成 第6章 PCB各层面输出与打印 第7章总结 参考文献
开关电源原理 一、开关电源的电路组成： 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值 降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及 杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。 当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪 涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是 负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5 容量变小，输出的交流纹波将增大。
时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增 大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路： 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导 体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图： 3、工作原理： R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。 R1和Q1中的结电容C GS、C GD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。 Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量
ATX开关电源维修图解 计算机ATX开关电源工作电压较高，通过的电流较大，又工作在有自感电动势的状态下，因此，使用过程中故障率较高。对于电源产生的故障，不少朋友束手无策，其实，只要有一点电子电路知识，就可以轻松的维修电源。 首先，我们要知道计算机开关电源的工作原理。电源先将高电压交流电（220V）通过全桥二极管（图1、2）整流以后成为高电压的脉冲直流电，再经过电容滤波（图3）以后成为高压直流电。
此时，控制电路控制大功率开关三极管将高压直流电按照一定的高频频率分批送到高频变压器的初级（图4）。接着，把从次级线圈输出的降压后的高频低压交流电通过整流滤波转换为能使电脑工作的低电压强电流的直流电。其中，控制电路是必不可少的部分。它能有效的监控输出端的电压值，并向功率开关三极管发出信号控制电压上下调整的幅度。在计算机开关电源中，由于电源输入部分工作在高电压、大电流的状态下，故障率最高；其次输出直流部分的整流二极管、保护二极管、大功率开关三极管较易损坏；再就是脉宽调制器TL494的4脚电压是保护电路的关键测试点。通过对多台电源的维修，总结出了对付电源常见故障的方法。
一、在断电情况下，“望、闻、问、切” 由于检修电源要接触到220V高压电，人体一旦接触36V以上的电压就有生命危险。因此，在有可能的条件下，尽量先检查一下在断电状态下有无明显的短路、元器件损坏故障。首先，打开电源的外壳，检查保险丝（图5）是否熔断，再观察电源的内部情况，如果发现电源的PCB板上元件破裂，则应重点检查此元件，一般来讲这是出现故障的主要原因；闻一下电源内部是否有糊味，检查是否有烧焦的元器件；问一下电源损坏的经过，是否对电源进行违规的操作，这一点对于维修任何设备都是必须的。在初步检查以后，还要对电源进行更深入地检测。
开关电源拓扑结构详解 主回路——开关电源中，功率电流流经的通路。主回路一般包含了开关电源中的开 入端和负载端。 开关电源（直流变换器）的类型很多，在研究开发或者维修电源系统时，全面了解开关电源主回路的各种基本类型，以及工作原理，具有极其重要的意义。 开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。 1. 非隔离式电路的类型： 非隔离——输入端与输出端电气相通，没有隔离。 1.1. 串联式结构 串联——在主回路中开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输入端、输出端、电感器L、负载RL四者成串联连接的关系。 开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T及电感器L对负载供电，并同时对电感器L充电，当开关管T关断时，电感器L中的反向电动势使续流二极管D自动导通，电感器L中储存的能量通过续流二极管D形成的回路，对负载R继续供电，从而保证了负载端获得连续的电流。 串联式结构，只能获得低于输入电压的输出电压，因此为降压式变换。例如buck 拓扑型开关电源就是属于串联式的开关电源。 上图是在图1-1-a电路的基础上，增加了一个整流二极管和一个LC滤波电路。其中L是储能滤波电感，它的作用是在控制开关K接通期间Ton限制大电流通过，防止输入电压Ui直接加到负载R上，对负载R进行电压冲击，同时对流过电感的电流iL转化成磁能进行能量存储，然后在控制开关T关断期间Toff把磁能转化成电流iL继续向负
载R提供能量输出；C是储能滤波电容，它的作用是在控制开关K接通期间Ton把流过储能电感
L的部分电流转化成电荷进行存储，然后在控制开关K关断期间Toff把电荷转化成电流继续向负载R提供能量输出；D是整流二极管，主要功能是续流作用，故称它为续流二极管，其作用是在控制开关关断期间Toff，给储能滤波电感L释放能量提供电流通路。 在控制开关关断期间Toff，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流iL由反电动势eL的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D的正极，然后从续流二极管D的负极流出，最后回到反电动势eL的负极。 对于图1-2，如果不看控制开关T和输入电压Ui，它是一个典型的反г 型滤波电路，它的作用是把脉动直流电压通过平滑滤波输出其平均值。 串联式开关电源输出电压uo的平均值Ua为： 1.2. 并联式结构 并联——在主回路中，相对于输入端而言，开关器件（下图中所示的开关三极管T）与输出端负载成并联连接的关系。 开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管T导通时，输入端电源通过开关管T对电感器L充电，同时续流二极管D关断，负载R靠电容器存储的电能供电；当开关管T关断时，续流二极管D导通，输入端电源电压与电感器L中的自感电动势正向叠加后，通过续流二极管D对负载R供电，并同时对电容器C充电。
开关电源入门必读：开关电源工作原理超详细解析 第1页：前言：PC电源知多少 个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术，所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源（Sw itching Mode P ow er Supplies，简称SMPS），它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。 ●线性电源知多少 目前主要包括两种电源类型：线性电源（linear）和开关电源（sw itching）。线性电源的工作原理是首先将127 V或者220V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经过转换后的低压依然是AC交流电；然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并将低压AC交流电转化为脉动电压（配图1和2中的“3”）；下一步需要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电（配图1和2中的“4”）；此时得到的低压直流电依然不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后，我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了（配图1和2中的“5”） 配图1：标准的线性电源设计图
配图2：线性电源的波形 尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电，比如说无绳电话、PlayStation/W ii/Xbox等游戏主机等等，但是对于高功耗设备而言，线性电源将会力不从心。 对于线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：也即说如果输入市电的频率越低时，线性电源就需要越大的电容和变压器，反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz（有些国家是50Hz）频率的AC市电，这是一个相对较低的频率，所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。 由此可见，对于个人PC领域而言，制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动，因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线性电源。 ●开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言，AC输入电压可以在进入变压器之前升压（升压前一般是50-60KHz）。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是，我们经常所说的“开关电源”其实是“高频开关电源”的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。 事实上，终端用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案：闭回路系统（closed loop system）——负责控制开关管的电路，从电源的输出获得反馈信号，然后根据PC的功耗来增加或者降低某一周期内的电压的频率以便能够适应电源的变压器（这个方法称作PW M，Pulse W idth Modulation，脉冲宽度调制）。所以说，开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整，从而可以让变压器以及其他的元器件带走更少量的能量，而且降低发热量。 反观线性电源，它的设计理念就是功率至上，即便负载电路并不需要很大电流。这样做的后果就是所有元件即便非必要的时候也工作在满负荷下，结果产生高很多的热量。 第2页：看图说话：图解开关电源 下图3和4描述的是开关电源的PW M反馈机制。图3描述的是没有PFC(P ow er Factor Correction，功率因素校正)电路的廉价电源，图4描述的是采用主动式PFC设计的中高端电源。 图3：没有PFC电路的电源 图4：有PFC电路的电源 通过图3和图4的对比我们可以看出两者的不同之处：一个具备主动式PFC电路而另一个不具备，前者没有110/220V转换器，而且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式PFC电源的讲解。
台式计算机ATX开关电源检修技巧 摘要：针对台式计算机ATX 开关电源主要故障，从ATX 开关电源的结构特点及基本工作过程分析出发，根据多年教学和维修经验，提出了通过对关键测试点波形和参数的检测，确定故障范围，对故障范围内的易损元件观测判断，能很快找到损坏元件，快速修复开关电源的新方法，对计算机维修人员和教学、自学人员有一定的参考价值和应用价值。 由于ATX 电源便于实现计算机的远程控制和唤醒，近年来应用比较普遍。ATX 电源电路结构较复杂，各部分电路不但在功能上相互配合、相互渗透，且各电路参数设置非常严格，稍有不当则电路不能正常工作。台式计算机电源电路故障在计算机故障中占有较高的比例，大多数计算机用户和维修人员，对其结构和工作过程不熟悉，遇到与电源有关的故障不能准确判断是哪部分电路的故障，哪个元件的故障，有时不能确定电源故障或是主板上其他电路或设备的故障，给计算机的使用和维修带来一定的困难。笔者根据多年教学和维修经验，总结出关键测试点检测和易损元件观测查找故障的方法，即对故障现象的分析确定关键测试点，通过对关键测试点的波形和参数的测试，可以快速确定故障范围，通过对故障范围内易损元器件的观测，能很快找到故障元器件，更换元件修复计算机电源。 1 ATX 开关电源的特点及工作过程 台式计算机ATX 开关电源是独立的单元电路，由待机电源电路和主电源电路两部分组成。与AT 电源不同，它取消了传统的市电开
关，主机关机并为彻底断电，+5VSB 电源仍然存在，依靠+5VSB 控制信号的组合来实现电源的开启和关断，实现开闭自动管理和远程唤醒通信联络。主电源电路只有主机开启，主电源电路被唤醒时才开始工作，主要输出+3.3、5、-5、+12、-12 V 5 种直流电压，通过多组电源输出插头与主机连接，为计算机提供各种优质的工作电源，ATX开关电源结构如图1 所示。 图1 ATX 开关电源结构 待机电源电路采用单管自激振荡方式，不管主机是否开启，只要接上市电电源，它就开始工作。300 V 直流电压同时加到主开关管、主开关变压器、待机电源开关管、待机电源开关变压器。由于此时主开关管没有开关信号，处于截止状态，因此主电源开关变压器上没有电压输出。由于待机电源电路设计成单管自激式振荡方式，300 V 直流电加到待机电源开关管和待机电源开关变压器后，待机电源开关管立即开始工作，在待机电源开关变压器的次级上输出二组交流电压，经整流滤波后，输出+5VSB 和+12 V 电压，+5VSB 加到主板上作为
开关电源工作原理详细解析 个人PC所采用的电源都是基于一种名为―开关模式‖的技术，所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源（Switching Mode Power Supplies，简称SMPS），它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。 ●线性电源知多少 目前主要包括两种电源类型：线性电源（linear）和开关电源（switching）。线性电源的工作原理是首先将127 V或者220 V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经过转换后的低压依然是AC交流电；然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并将低压AC 交流电转化为脉动电压（配图1和2中的―3‖）；下一步需要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电（配图1和2中的―4‖）；此时得到的低压直流电依然不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后，我们就可以得到纯净的低压DC 直流电输出了（配图1和2中的―5‖） 配图1：标准的线性电源设计图
配图2：线性电源的波形 尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电，比如说无绳电话、PlayStation/Wii/Xbox等游戏主机等等，但是对于高功耗设备而言，线性电源将会力不从心。 对于线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：也即说如果输入市电的频率越低时，线性电源就需要越大的电容和变压器，反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz（有些国家是50Hz）频率的AC市电，这是一个相对较低的频率，所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。 由此可见，对于个人PC领域而言，制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动，因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线性电源。 ●开关电源知多少 开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言，AC输入电压可以在进入变压器之前升压（升压前一般是50-60 KHz）。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是，我们经常所说的―开关电源‖其实是―高频开关电源‖的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。
开关电源高频变压器设计步骤 步骤1确定开关电源的基本参数 1交流输入电压最小值u min 2交流输入电压最大值u max 3电网频率F l开关频率f 4输出电压V O（V）：已知 5输出功率P O（W）：已知 6电源效率η：一般取80％ 7损耗分配系数Z：Z表示次级损耗与总损耗的比值，Z=0表示全部损耗发生在初级，Z=1表示发生在次级。一般取Z=0.5 步骤2根据输出要求，选择反馈电路的类型以及反馈电压V FB 步骤3根据u，P O值确定输入滤波电容C IN、直流输入电压最小值V Imin 1令整流桥的响应时间tc=3ms 2根据u，查处C IN值 3得到V imin 确定C IN,V Imin值 u(V)P O(W)比例系数(μF/W)C IN(μF)V Imin(V) 固定输 已知2~3(2~3)×P O≥90 入:100/115 步骤4根据u，确通用输入:85~265已知2~3(2~3)×P O≥90 定V OR、V B 固定输入:230±35已知1P O≥240 1根据u由表查出V OR、V B值
2 由V B 值来选择TVS 步骤5根据Vimin 和V OR 来确定最大占空比 Dmax V OR Dmax= ×100％ V OR +V Imin －V DS(ON) 1设定MOSFET 的导通电压V DS(ON) 2 应在u=umin 时确定Dmax 值，Dmax 随u 升高而减小 步骤6确定初级纹波电流I R 与初级峰值电流I P 的比值K RP ，K RP =I R /I P u(V) K RP 最小值(连续模式)最大值(不连续模式) 固定输入:100/1150.41通用输入:85~2650.441固定输入:230±35 0.6 1 步骤7确定初级波形的参数 ①输入电流的平均值I AVG P O I A VG= ηV Imin ②初级峰值电流I P I A VG I P = (1－0.5K RP )×Dmax ③初级脉动电流I R u(V) 初级感应电压V OR (V)钳位二极管反向击穿电压V B (V) 固定输入:100/115 6090通用输入:85~265135200固定输入:230±35 135 200
一、概述 ATX开关电源的主要功能是向计算机系统提供所需的直流电源。一般计算机电源所采用的都是双管半桥式无工频变压器的脉宽调制变换型稳压电源。它将市电整 流成直流后，通过变换型振荡器变成频率较高的矩形或近似正弦波电压，再经过高频整流滤波变成低压直流电压的目的。其外观图和内部结构实物图见图1和图 2所示。 ATX开关电源的功率一般为250W～300W，通过高频滤波电路共输出六组直流电压：+5V（25A）、—5V（0.5A）、+12V(10A)、—12V（1A）、+3.3V（14A）、 +5VSB（0.8A）。为防止负载过流或过压损坏电源，在交流市电输入端设有保险丝，在直流输出端设有过载保护电路。
二、工作原理 ATX开关电源，电路按其组成功能分为：输入整流滤波电路、高压反峰吸收电路、辅助电源电路、脉宽调制控制电路、PS信号和PG信号产生电路、主电源电路及 多路直流稳压输出电路、自动稳压稳流与保护控制电路。参照实物绘出整机电路图，如图3所示。 1、输入整流滤波电路 只要有交流电AC220V输入，ATX开关电源无论是否开启，其辅助电源就会一直工作，直接 为开关电源控制电路提供工作电压。如图4所示，交流电AC220V经过保
险管FUSE、电源互感滤波器L0，经BD1—BD4整流、C5和C6滤波，输出300V左右直流脉动电压。C1为尖峰吸收电容，防止交流电突变瞬间对电路造成不良影响。 TH1为负温度系数热敏电阻，起过流保护和防雷击的作用。L0、R1和C2组成Π型滤波器，滤除市电电网中的高频干扰。C3和C4为高频辐射吸收电容，防止交流电 窜入后级直流电路造成高频辐射干扰。R2和R3为隔离平衡电阻，在电路中对C5和C6起平均分配电压作用，且在关机后，与地形成回路，快速泄放C5、C6上储存 的电荷，从而避免电击。 2、高压尖峰吸收电路 如图5所示，D18、R004和C01组成高压尖峰吸收电路。当开关管Q03截止后，T3将产生一个很大的反极性尖峰电压，其峰值幅度超过Q03的C极电压很多倍，此尖 峰电压的功率经D18储存于C01中，然后在电阻R004上消耗掉，从而降低了Q03的C极尖峰电压，使Q03免遭损坏。 3、辅助电源电路 如图6所示，整流器输出的＋300V左右直流脉动电压，一路经T3开关变压器的初级①~②绕组送往辅助电源开关管Q03的c极，另一路经启动电阻R002给Q03的b极 提供正向偏置电压和启动电流，使Q03开始导通。Ic流经T3初级①~②绕组，使T3③~④反馈绕组产生感应电动势(上正下负)，通过正反馈支路C02、D8、R06送往 Q03的b极，使Q03迅速饱和导通，Q03上的Ic电流增至最大，即电流变化率为零，此时 D7导通，通过电阻R05送出一个比较电压至IC3（光电耦合器Q817）的③脚 ，同时T3次级绕组产生的感应电动势经D50、C04整流滤波后，一路经R01限流后送至IC3的①脚，另一路经R02送至IC4（精密稳压电路TL431），由于Q03饱和导 通时次级绕组产生的感应电动势比较平滑、稳定，经IC4的K端输出至IC3的②脚电压变化率几乎为零，使IC3内发光二极管流过的电流几乎为零，此时光敏三极 管截止，从而导致Q1截止。反馈电流通过R06、R003、Q03的b、e极等效电阻对电容C02充电，随着C02充电电压增加，流经Q03的b极电流逐渐减小，使③~④反馈 绕组上的感应电动势开始下降，最终使T3③~④反馈绕组感应电动势反相（上负下正），并与C02电压叠加后送往Q03的b极，使b极电位变负，此时开关管Q03因 b极无启动电流而迅速截止。
开关电源原理及各功能电路详解 一、开关电源的电路组成 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。开关电源的电路组成方框图如下： 开关电源电路方框图 二、输入电路的原理及常见电路 1、AC输入整流滤波电路原理：
输入滤波、整流回路原理图 ①防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。 2、DC输入滤波电路原理： ①输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的
电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。 ②R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。 三、功率变换电路 1、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET （MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。 2、常见的原理图：
目录 摘要 ABSTRACT 绪论 第一章．RCC电路基础简介 1.1RCC电路工作原理 1.2RCC电路的稳压问题 1.3RCC电路占空比的计算 1.4RCC电路振荡频率的计算 1.5RCC电路变压器的设计 第二章．简易RCC基极驱动的缺点及改进设计 2.1 简易RCC电路的缺点 2.2 开关晶体管恒流驱动的设计 第三章．RCC电路的建模及仿真 3.1 RCC电路的建模及参数设计 3.1.1 主要技术指标 3.1.2 变压器的设计 3.1.3 电压控制电路的设计 3.1.4 驱动电路的设计 3.1.5 副边电容、二极管参数的设计
3.1.6 其他辅助电路的设计 3.2 RCC电路的仿真 3.2.1 RCC电路带额定负载时的仿真及设计标准的验证 3.2.2 RCC电路带轻载时的仿真 3.3 RCC电路的改进及改进后的仿真 3.3.1 RCC电路的恒流设计 3.3.2带有恒流源的RCC电路的仿真 第四章 RCC电路间歇振荡的应用实例 4.1 三星S10型放像机中的RCC型开关电源
RCC电路间歇振荡现象的研究 摘要：RCC变换器通常是指自振式反激变换器。它是由较少的几个器件就可以组成的高效电路，已经广泛用于小功率电路离线工作状态。由于控制电路能够与少量分立元件一起工作而不会出现差错，所以电路的总的花费要比普通的PWM反激逆变器低。一方面，当其控制电流过高时就会出现一种间歇振荡现象，从而使得电路的振荡周期在很大围变化，类如例如从数百赫兹到数千赫兹之间变化，因而在较大功率输出时将引起变压器等产生异常的噪音，所以需要抑制这种现象的产生。另一方面，当电路的输出功率输出较小时，却可以利用这种间歇振荡，使开关电路处于低能耗状态。当需要电路工作时，只需给电路一个信号脉冲即可。电路本文主要通过实验仿真的方法在RCC电路中加入某些特定的电路从而达到抑制消除这种间歇振荡，同时还简要阐述一些利用间歇振荡的例子。 Abstract：The self-oscillating flyback converter, often referred to as the ringing choke converter (RCC), is a robust, low component-count circuit that has been widely used in low power off-line applications. Since the control of the circuit can be implemented with very few discrete components without loss of performance, the overall cost of the circuit is generally lower than the conventional PWM flyback converter that employs a commercially available integrated control .
详细解析开关电源拓扑结构优缺点 为了表征各种电压或电流波形的好坏，一般都是拿电压或电流的幅值、平均值、有效值、一次谐波等参量互相进行比较。在开关电源之中，电压或电流的幅值和平均值最直观，因此，我们用电压或电流的幅值与其平均值之比，称为脉动系数S;也有人用电压或电流的有效值与其平均值之比，称为波形系数K。 因此，电压和电流的脉动系数Sv、Si以及波形系数Kv、Ki分别表示为： Sv = Up/Ua——电压脉动系数（1-84） Si = Im/Ia——电流脉动系数（1-85） Kv =Ud/Ua——电压波形系数（1-86） Ki = Id/Ia——电流波形系数（1-87） 上面4式中，Sv、Si、Kv、Ki分别表示：电压和电流的脉动系数S，和电压和电流的波形系数K，在一般可以分清楚的情况下一般都只写字母大写S或K。脉动系数S和波形系数K都是表征电压或者电流好坏的指标，S和K的值，显然是越小越好。S和K的值越小，表示输出电压和电流越稳定，电压和电流的纹波也越小。 反激式开关电源的优点和缺点 1 反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。 反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出，仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出，但控制开关的占空比为0.5时，变压器次级线圈输出的电压的平均值约等于电压最大值的的二分之一，而流过负载的电流正好等于变压器次级线圈最大电流的四分之一。即电压脉动系数等于2，电流脉动系数等于4。反激式开关电源的电压脉动系数，和正激式开关电源的脉动系数基本相同，但是电流的脉动系数是正激式开关电源的电流脉动系数的两倍。由此可知，反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。特别是，反激式开关电源使用的时候，为了防止电源开关管过压击，起占空比一般都小于0.5，此时，流过变压器次级线圈的电流会出现断续，电压和电流的脉动系数都会增加，其电压和电流的输出特性将会变得更差。 2 反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。 由于反激式开关电源仅在开关关断期间才向负载提供能量输出，当负载电流出现变化时，开关电源不能立即对输出电压或电流产生反应，而需要等到下一个周期事，通过输出电压取样和调宽控制电路的作用，开关电源才开始对已经过去了的事情进行反应，即改变占空比，因此，反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。有时，当负载电流变化的频率和相
ATX开关电源的原理框图： 上图工作原理简述： 220V交流电经过第一、二级EMI滤波后变成较纯净的50Hz交流电，经全桥整流和滤波后输出300V的直流电压。300V直流电压同时加到主开关管、主开关变压器、待机电源开关管、待机电源开关变压器。 由于此时主开关管没有开关信号，处于截止状态，因此主电源开关变压器上没有电压输出，上图中的-12V至+3.3V，5组电压均没电压输出。电+脑*维+修-知.识_网 (w_ww*dnw_xzs*co_m) 但我们同时注意到，300V直流电加到待机电源开关管和待机电源开关变压器后，由于待机电源开关管被设计成自激式振荡方式，待机电源开关管立即开始工作，在待机电源开关变压器的次级上输出二组交流电压，经整流滤波后，输出+5VSB
和+22V电压，+22V电压是专门为主控IC供电的。+5VSB加到主板上作为待机电压。当用户按动机箱的Power 启动按键后，（绿）色线处于低电平，主控IC内部的振荡电路立即启动，产生脉冲信号，经推动管放大后，脉冲信号经推动变压器加到主开关管的基极，使主开关管工作在高频开关状态。主开关变压器输出各组电压，经整流和滤波后得到各组直流电压，输出到主板。但此时主板上的CPU仍未启动，必须等+5V的电压从零上升到95%后，IC检测到+5V上升到4.75V时，IC发出P.G信号，使CPU启动，电脑正常工作。当用户关机时，绿色线处于高电平，IC内部立即停止振荡，主开关管因没有脉冲信号而停止工作。-12至+3.3的各组电压降至为零。电源处于待机状态。 输出电压的稳定则是依赖对脉冲宽度的改变来实现，这就叫做脉宽调制PWM。由高压直流到低压多路直流的这一过程也可称DC-DC变换，是开关电源的核心技术。采用开关变换的显著优点是大大提高了电能的转换效率，典型的PC电源效率为70—75%，而相应的线性稳压电源的效率仅有50%左右。 保护电路的工作原理： 在正常使用过程中，当IC检测到负载处于：短路、过流、过压、欠压、过载等状态时，IC内部发出信号，使内部的振荡停止，主开关管因没有脉冲信而停止工作。从而达到保护电源的目的。电+脑*维+修-知.识_网(w_ww*dnw_xzs*co_m) 由上述原理可知，即使我们关了电脑后，如果不切断交流输入端，待机电源是一直工作的，电源仍有5到10瓦的功耗。 内部电路结构 电源的内部电路分为抗干扰电路、整流滤波电路、开关电路、保护电路、输出电路等。 抗干扰电路电源的抗干扰电路位于电源输入插座后，由线圈和电容组成一个滤波电路（如图1 ），它可以滤除电源线上的高频杂波和同相干扰信号，构成了电源抗电磁干扰的第一道防线。由于这部分电路不影响电源的正常工作，很多便宜的电源会把它省略。随着3 C 认证制度的实施，在这部分开始增加P F C （功率因数校正）电路，凡是3 C 认证的电脑电源，必须增加P F C 电路。PFC 电路可以减少对电网的谐波污染和干扰。PFC 电路有两种：有源PFC 和无源P F C 。无源P F C 一般采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，有源P F C 由电感电容及电子元器件组成，能够获得更高的功率因数，但成本也相对较高。有源P F C 电路具有低损耗和高可靠性等优点，可获得高度稳定的输出电压，因此，有源P F C 的电源不需要采用很大容量的滤 波电容。PFC电路是面已经提到PFC，PFC电路称为功率因素校正电路，功率
FS1: 由变压器计算得到Iin值，以此Iin值(0.42A)可知使用公司共享料2A/250V，设计时亦须考虑Pin(max)时的Iin是否会超过保险丝的额定值。 TR1(热敏电阻): 电源启动的瞬间，由于C1(一次侧滤波电容)短路，导致Iin电流很大，虽然时间很短暂，但亦可能对Power产生伤害，所以必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻，以限制开机瞬间Iin在Spec之内(115V/30A，230V/60A)，但因热敏电阻亦会消耗功率，所以不可放太大的阻值(否则会影响效率)，一般使用 SCK053(3A/5Ω)，若C1电容使用较大的值，则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的Power上)。
VDR1(突波吸收器): 当雷极发生时，可能会损坏零件，进而影响Power的正常动作，所以必须在靠AC输入端 (Fuse之后)，加上突波吸收器来保护Power(一般常用07D471K)，但若有价格上的考虑，可先忽略不装。 CY1，CY2(Y-Cap): Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容，若AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap ，AC Input若为2Pin(只有L，N)一般使用Y1-Cap，Y1与Y2的差异，除了价格外(Y1较昂贵)，绝缘等级及耐压亦不同(Y1称为双重绝缘，绝缘耐压约为Y2的两倍，且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1)，此电路蛭蠪G所以使用 Y2-Cap，Y-Cap会影响EMI特性，一般而言越大越好，但须考虑漏电及价格问题，漏电(Leakage Current )必须符合安规须求(3Pin公司标准为750uA max)。 CX1(X-Cap)、RX1: X-Cap为防制EMI零件，EMI可分为Conduction及Radiation两部分，Conduction 规范一般可分为: FCC Part 15J Class B 、 CISPR 22(EN55022) Class B 两种，FCC测试频率在450K~30MHz，CISPR 22测试频率在150K~30MHz， Conduction 可在厂内以频谱分析仪验证，Radiation 则必须到实验室验证，X-Cap 一般对低频段(150K ~ 数M之间)的EMI防制有效，一般而言X-Cap愈大，EMI防制效果愈好(但价格愈高)，若X-Cap在0.22uf以上(包含0.22uf)，安规规定必须要有泄放电阻(RX1，一般为1.2MΩ 1/4W)。 LF1(Common Choke): EMI防制零件，主要影响Conduction 的中、低频段，设计时必须同时考虑EMI 特性及温升，以同样尺寸的Common Choke而言，线圈数愈多(相对的线径愈细)，EMI防制效果愈好，但温升可能较高。 BD1(整流二极管): 将AC电源以全波整流的方式转换为DC，由变压器所计算出的Iin值，可知只要使用1A/600V的整流二极管，因为是全波整流所以耐压只要600V即可。 C1(滤波电容): 由C1的大小(电容值)可决定变压器计算中的Vin(min)值，电容量愈大，Vin(min)愈高但价格亦愈高，此部分可在电路中实际验证Vin(min)是否正确，若AC Input 范围在90V~132V (Vc1 电压最高约190V)，可使用耐压200V的电容;若AC Input 范围在90V~264V(或180V~264V)，因Vc1电压最高约380V，所以必须使用耐压400V的电容。 D2(辅助电源二极管): 整流二极管，一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V)，两者主要差异: 耐压不同(在此处使用差异无所谓) VF不同(FR105=1.2V，BYT42M=1.4V) R10(辅助电源电阻): 主要用于调整PWM IC的VCC电压，以目前使用的3843而言，设计时VCC必须大于8.4V(Min. Load时)，但为考虑输出短路的情况，VCC电压不可设计的太高，以免当输出短路时不保护(或输入瓦数过大)。 C7(滤波电容): 辅助电源的滤波电容，提供PWM IC较稳定的直流电压，一般使用100uf/25V电容。
ATX电源电路原理分析与维修 ATX电源结构简介 ATX电源电路结构较复杂，各部分电路不但在功能上相互配合、相互渗透，且各电路参数设置非常严格，稍有不当则电路不能正常工作。下面以市面上使用较多的银河、世纪之星ATX电源为例，讲述A TX电源的工作原理、使用与维修。其主电路整机原理图见图13-10，从图中可以看出，整个电路可以分成两大部分：一部分为从电源输入到开关变压器T3之前的电路(包括辅助电源的原边电路)，该部分电路和交流220V电压直接相连，触及会受到电击，称为高压侧电路；另一部分为开关变压器T3以后的电路，不和交流220V直接相连，称为低压侧电路。二者通过C2、C3高压瓷片电容构成回路，以消除静电干扰。其原理方框图见图13-1，从图中可以看出整机电路由交流输入回路与整流滤波电路、推挽开关电路、辅助开关电源、PWM脉宽调制及推动电路、PS-ON控制电路、自动稳压与保护控制电路、多路直流稳压输出电路和PW-OK信号形成电路组成。弄清各部分电路的工作原理及相互关系对我们维修判断故障是很有用处的，下面简单介绍一下各组成部分的工作原理。 图13-1 主机电源方框原理图 1、交流输入、整流、滤波与开关电源电路 交流输入回路包括输入保护电路和抗干扰电路等。输入保护电路指交流输入回路中的过流、过压保护及限流电路；抗干扰电路有两方面的作用：一是指电脑电源对通过电网进入的干扰信号的抑制能力：二是指开关电源的振荡高次谐波进入电网对其它设备及显示器的干扰和对电脑本身的干扰。通常要求电脑对通过电网进入的干扰信号抑制能力要强，通过电网对其它电脑等设备的干扰要小。 推挽开关电路由Q1、Q2、C7及T3，组成推挽电路。推挽开关电路是A TX开关电源的主要部分，它把直流电压变换成高频交流电压，并且起着将输出部分与输入电网隔离的作用。推挽开关管是该部分电路的核心元件，受脉宽调制电路输送的信号作激励驱动信号，当脉宽调制电路因保护电路动作或因本身故障不工作时，推挽开关管因基级无驱动脉冲故不工作，电路处于关闭状态，这种工作方式称作他激工作方式。
开关电源工作原理超详细解析 第1页：前言：PC电源知多少 个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术，所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源（Switching Mode Power Supplies，简称SMPS），它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。 ●线性电源知多少 目前主要包括两种电源类型：线性电源（linear）和开关电源（switching）。线性电源的工作原理是首先将127 V或者220 V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经过转换后的低压依然是AC交流电；然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并将低压AC交流电转化为脉动电压（配图1和2中的“3”）；下一步需要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC 直流电（配图1和2中的“4”）；此时得到的低压直流电依
然不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后，我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了（配图1和2中的“5”）配图1：标准的线性电源设计图 配图2：线性电源的波形 尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电，比如说无绳电话、PlayStation/Wii/Xbox等游戏主机等等，但是对于高功耗设备而言，线性电源将会力不从心。 对于线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：也即说如果输入市电的频率越低时，线性电源就需要越大的电容和变压器，反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz（有些国家是50Hz）频率的AC市电，这是一个相对较低的频率，所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。 由此可见，对于个人PC领域而言，制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动，因为它的体积将会非常大、重量也