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荆门干式变压器工作原理-标准的线性荆门干式变压器设计图

发布者:荆门变压器厂    发布时间:2020-07-16
荆门干式变压器工作原理

荆门干式变压器工作原理

第1页:前言:PC荆门干式变压器知多少

个人PC所采用的荆门干式变压器都是基于一种名为“荆门干式变压器模式”的技术,所以我们经常会将个人PC荆门干式变压器称之为——荆门干式变压器(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荆门干式变压器的工作模式和原理、荆门干式变压器内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。

●线性荆门干式变压器知多少

目前主要包括两种荆门干式变压器类型:线性荆门干式变压器(linear)和荆门干式变压器(switching)。线性荆门干式变压器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荆门干式变压器,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。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:标准的线性荆门干式变压器设计图


配图2:线性荆门干式变压器的波形

尽管说线性荆门干式变压器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,线性荆门干式变压器将会力不从心。

对于线性荆门干式变压器而言,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,线性荆门干式变压器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,线性荆门干式变压器的变压器的个头就越大。

由此可见,对于个人PC领域而言,制造一台线性荆门干式变压器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荆门干式变压器。

●荆门干式变压器知多少

荆门干式变压器可以通过高频荆门干式变压器模式很好的解决这一问题。对于高频荆门干式变压器而言,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荆门干式变压器那么的大。这种高频荆门干式变压器正是我们的个人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“荆门干式变压器”其实是“高频荆门干式变压器”的缩写形式,和荆门干式变压器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的荆门干式变压器采用的是一种更为优化的方案:闭回路系统(closed loop system)——负责控制荆门干式变压器管的电路,从荆门干式变压器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荆门干式变压器的变压器(这个方法称作PWM,Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)。所以说,荆门干式变压器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。

反观线性荆门干式变压器,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:图解荆门干式变压器

下图3和4描述的是荆门干式变压器的PWM反馈机制。图3描述的是没有PFC(Power Factor Correction,功率因素校正) 电路的廉价荆门干式变压器,图4描述的是采用主动式PFC设计的中高端荆门干式变压器。


图3:没有PFC电路的荆门干式变压器


图4:有PFC电路的荆门干式变压器

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110/220 V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荆门干式变压器的讲解。

为了让读者能够更好的理解荆门干式变压器的工作原理,以上我们提供的是非常基本的图解,图中并未包含其他额外的电路,比如说短路保护、待机电路以及PG信号发生器等等。当然了,如果您还想了解一下更加详尽的图解,请看图5。如果看不懂也没关系,因为这张图本来就是为那些专业荆门干式变压器设计人员看的。


图5:典型的低端ATX荆门干式变压器设计图

你可能会问,图5设计图中为什么没有电压整流电路?事实上,PWM电路已经肩负起了电压整流的工作。输入电压在经过荆门干式变压器管之前将会再次校正,而且进入变压器的电压已经成为方形波。所以,变压器输出的波形也是方形波,而不是正弦波。由于此时波形已经是方形波,所以电压可以轻而易举的被变压器转换为DC直流电压。也就是说,当电压被变压器重新校正之后,输出电压已经变成了DC直流电压。这就是为什么很多时候荆门干式变压器经常会被称之为DC-DC转换器。

馈送PWM控制电路的回路负责所有需要的调节功能。如果输出电压错误时,PWM控制电路就会改变工作周期的控制信号以适应变压器,终将输出电压校正过来。这种情况经常会发生在PC功耗升高的时,此时输出电压趋于下降,或者PC功耗下降的时,此时输出电压趋于上升。

在看下一页是,我们有必要了解一下以下信息:

★在变压器之前的所有电路及模块称为“primary”(一次侧),在变压器之后的所有电路及模块称为“secondary”(二次侧);

★采用主动式PFC设计的荆门干式变压器不具备110 V/ 220 V转换器,同时也没有电压倍压器;

★对于没有PFC电路的荆门干式变压器而言,如果110 V / 220 V被设定为110 V时,电流在进入整流桥之前,荆门干式变压器本身将会利用电压倍压器将110 V提升至220 V左右;

★PC荆门干式变压器上的荆门干式变压器管由一对功率MOSFET管构成,当然也有其他的组合方式,之后我们将会详解;

★变压器所需波形为方形波,所以通过变压器后的电压波形都是方形波,而非正弦波;

★PWM控制电流往往都是集成电路,通常是通过一个小的变压器与一次侧隔离,而有时候也可能是通过耦合芯片(一种很小的带有LED和光电晶体管的IC芯片)和一次侧隔离;

★PWM控制电路是根据荆门干式变压器的输出负载情况来控制荆门干式变压器的荆门干式变压器管的闭合的。如果输出电压过高或者过低时,PWM控制电路将会改变电压的波形以适应荆门干式变压器管,从而达到校★正输出电压的目的;

下一页我们将通过图片来研究荆门干式变压器的每一个模块和电路,通过实物图形象的告诉你在荆门干式变压器中何处能找到它们。

第3页:看图说话:荆门干式变压器内部揭秘

当你次打开一台荆门干式变压器后(确保荆门干式变压器线没有和市电连接,否则会被电到),你可能会被里面那些奇奇怪怪的元器件搞得晕头转向,但是有两样东西你肯定认识:荆门干式变压器风扇和散热片。


荆门干式变压器内部

但是您应该很容易就能分辨出荆门干式变压器内部哪些元器件属于一次侧,哪些属于二次侧。一般来讲,如果你看到一个(采用主动式PFC电路的荆门干式变压器)或者两个(无PFC电路的荆门干式变压器)很大的滤波电容的话,那一侧就是一次侧。

一般情况下,再荆门干式变压器的两个散热片之间都会安排3个变压器,比如说图7所示,主变压器是大个的那颗;中等“体型”的那颗往往负责+5VSB输出,而小的那颗一般用于PWM控制电路,主要用于隔离一次侧和二次侧部分(这也是为什么在上文图3和图4中的变压器上贴着“隔离器”的标签)。有些荆门干式变压器并不把变压器当“隔离器”来用,而是采用一颗或者多颗光耦(看起来像是IC整合芯片),也即说采用这种设计方案的荆门干式变压器只有两个变压器——主变压器和辅变压器。

荆门干式变压器内部一般都有两个散热片,一个属于一次侧,另一个属于二次侧。如果是一台主动式PFC荆门干式变压器,那么它的在一次侧的散热片上,你可以看到荆门干式变压器管、PFC晶体管以及二极管。这也不是的,因为也有些厂商可能会选择将主动式PFC组件安装到独立的散热片上,此时在一次侧会有两个散热片。

在二次侧的散热片上,你会发现有一些整流器,它们看起来和三极管有点像,但事实上,它们都是有两颗功率二极管组合而成的。

在二次侧的散热片旁边,你还会看到很多电容和电感线圈,共同共同组成了低压滤波模块——找到它们也就找到了二次侧。

区分一次侧和二次侧更简单的方法就是跟着荆门干式变压器的线走。一般来讲,与输出线相连的往往是二次侧,而与输入线相连的是一次侧(从市电接入的输入线)。如图7所示。


区分一次侧和二次侧

以上我们从宏观的角度大致介绍了一下一台荆门干式变压器内部的各个模块。下面我们细化一下,将话题转移到荆门干式变压器各个模块的元器件上来……

第4页:瞬变滤波电路解析

市电接入PC荆门干式变压器之后,首入瞬变滤波电路(Transient Filtering),也就是我们常说的EMI电路。下图8描述的是一台PC荆门干式变压器的“推荐的”的瞬变滤波电路的电路图。


瞬变滤波电路的电路图

为什么要强调是“推荐的”的呢?因为市面上很多荆门干式变压器,尤其是低端荆门干式变压器,往往会省去图8中的一些元器件。所以说通过检查EMI电路是否有缩水就可以来判断你的荆门干式变压器品质的优劣。

EMI电路电路的主要部件是MOV (l Oxide Varistor,金属氧化物压敏电阻),或者压敏电阻(图8中RV1所示),负责抑制市电瞬变中的尖峰。MOV元件同样被用在浪涌抑制器上(surge suppressors)。尽管如此,许多低端荆门干式变压器为了节省成本往往会砍掉重要的MOV元件。对于配备MOV元件荆门干式变压器而言,有无浪涌抑制器已经不重要了,因为荆门干式变压器已经有了抑制浪涌的功能。

图8中的L1 and L2是铁素体线圈;C1 and C2为圆盘电容,通常是蓝色的,这些电容通常也叫“Y”电容;C3是金属化聚酯电容,通常容量为100nF、470nF或680nF,也叫“X”电容;有些荆门干式变压器配备了两颗X电容,和市电并联相接,如图8 RV1所示。

X电容可以任何一种和市电并联的电容;Y电容一般都是两两配对,需要串联连接到火、零之间并将两个电容的中点通过机箱接地。也就是说,它们是和市电并联的。

瞬变滤波电路不仅可以起到给市电滤波的作用,而且可以阻止荆门干式变压器管产生的噪声干扰到同在一根市电上的其他电子设备。

一起来看几个实际的例子。如图9所示,你能看到一些奇怪之处吗?这个荆门干式变压器居然没有瞬变滤波电路!这是一款低廉的“山寨”荆门干式变压器。请注意,看看电路板上的标记,瞬变滤波电路本来应该有才对,但是却被丧失良知的黑心JS们带到了市场里。


这款低廉的“山寨”荆门干式变压器没有瞬变滤波电路

再看图10实物所示,这是一款具备瞬变滤波电路的低端荆门干式变压器,但是正如我们看到的那样,这款荆门干式变压器的瞬变滤波电路省去了重要的MOV压敏电阻,而且只有一个铁素体线圈;不过这款荆门干式变压器配备了一个额外的X电容。


低端荆门干式变压器的EMI电路

瞬变滤波电路分为一级EMI和二级EMI,很多荆门干式变压器的一级EMI往往会被安置在一个独立的PCB板上,靠近市电接口部分,二级EMI则被安置在荆门干式变压器的主PCB板上,如下图11和12所示。


一级EMI配备了一个X电容和一个铁素体电感

再看这款荆门干式变压器的二级EMI。在这里我们能看到MOV压敏电阻,尽管它的安置位置有点奇怪,位于第二个铁素体的后面。总体而言,应该说这款荆门干式变压器的EMI电路是非常完整的。


完整的二级EMI

值得一提的是,以上这款荆门干式变压器的MOV压敏电阻是黄色的,但是事实上大部分MOV都是深蓝色的。

此外,这款荆门干式变压器的瞬变滤波电路还配备了保险管(图8中F1所示)。需要注意了,如果你发现保险管内的保险丝已经烧断了,那么可以肯定的是,荆门干式变压器内部的某个或者某些元器件是存在缺陷的。如果此时更换保险管的话是没有用的,当你开机之后很可能再次被烧断。

第5页:倍压器和一次侧整流电路

●倍压器和一次侧整流电路

上文已经说过,荆门干式变压器主要包括主动式PFC荆门干式变压器和被动式PFC荆门干式变压器,后者没有PFC电路,但是配备了倍压器(voltage doubler)。倍压器采用两颗巨大的电解电容,也就是说,如果你在荆门干式变压器内部看到两颗大号电容的话,那基本可以判断出这就是荆门干式变压器的倍压器。前面我们已经提到,倍压器只适合于127V电压的地区。



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文章转载自网络,如有侵权,请联系删除。|发布时间:2015.08.06来源:

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