CN205121470U - 一种电脑用开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电脑用开关电源，包括控制电路、输入单元、输出单元、功率变换模块及辅助电源模块，其特征在于：所述输入单元包括防雷击电路、电磁干扰电路及整流滤波电路；本实用新型利用输入单元中的防雷击电路实现电源的防雷电功能，利用电磁干扰电路实现各电器间的电磁干扰功能；同时利用功率变换模块实现多种电压输出，满足各产品的电压需求；整个开关电源结构简单，有效了减少了电磁干扰，同时实现多种电压的输出，满足电脑中各模块、各器件对不同电压的需求。

Description

一种电脑用开关电源

技术领域

本实用新型涉及一种开关电源,尤其涉及一种专用于电脑的开关电源，属于计算机应用技术领域。

背景技术

任何电子设备都离不开可靠的电源，他们对电源的要求也越来越高,电脑作为现代社会必不可少的工具，对电源的要求更是严格；电脑开关电源的作用是将220V市电转换为电脑(PC)工作所需要的直流电的转换器，电气行业中称其为开关电源；其是根据的电脑电源标准设计和生产的，在电脑高速发展的这几十年间，电脑电源标准也跟着不断地发生变化，以适应计算机高速发展的要求；

发展到今天，电脑的主板上已经集成了大容量硬盘、固态硬盘、CDROM、可移动硬盘、快速内存、显卡、电视卡等诸多外设，因此整个电脑所需的功率越来越大，为了满足这种需求，电脑电源已全面进入到了ATX标准；

电源是各类电子设备必不可少的一部分，开关稳压电源被誉为高效节能型电源；开关电源技术作为电源电压变换的一种基础技术，由于变换方式简单，成本低，体积重量小、容易控制、输出电压稳定等，因此，产生了这种电源变换技术即开关电源技术；

随着电脑市场的变革，电脑的功耗越来越大，再加上双硬盘、双光驱、高功耗的显卡更加剧了这种趋势，对于电源的输出功率的要求越来越高；另一方面CPU等核心芯片对电压输出精度、输出品质的要求也越来越高，电源的质量好坏直接影响了电脑工作的安全和稳定；在经济与科技高速发展的时代过程中，电源起到至关重要的作用；

因此，对电脑开关电源电路的学习与研究是很有必要的；

开关电源(SwitchingPowerSupply)是开关稳压电源的简称，它是一种用半导体功率器件作开关，将一种电源形态转换成另一种形态,通过控制开关管开通和关断时间的比率，维持稳定输出电压的一种电源；

开关稳压电源最明显的缺点是存在较为严重的开关干扰——开关电源中，功率调整开关管工作在开关状态，它产生的交流电压和电流经过电路中的其他元件很容易产生谐振干扰和尖峰干扰，如果不采取一定的措施来抑制、消除这些有害的干扰，将会严重地影响电源的正常工作；另外，开关电源没有工频变压器的隔离，这些干扰就会很容易的串入到电网中，严重干扰电网中的其他电子仪器、设备和家用电器；

开关电源的制作技术难度大、造价成本较高和维修麻烦——目前，由于国内电子技术起步晚，阻容器件生产技术及磁性材料技术等技术与一些先进国家还有一定差距，因而造价很难进一步的降低；另外，对于不采用工频变压器的开关电源中的高耐压电解电容、高反压大功率开关管等器件，在我国现在正处于研究阶段；在一些技术先进国家，开关电源虽然有了一定的发展，但在实际应用中也还存在一些突出问题，这也是开关稳压电源的又一个明显的缺点，那就是电路结构较复杂，故障率较高，维修不便。

实用新型内容

本实用新型为了弥补现有技术的不足，提供一种专用于电脑的开关电源，该电源能够有效地避免电磁干扰；

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种电脑用开关电源，包括控制电路、输入单元、输出单元、功率变换模块及辅助电源模块，所述输入单元分别与所述功率变换模块、辅助电源模块相连接；所述功率变换模块还分别与控制电路、输出单元相连接；所述辅助电源模块与所述输出单元相连接；其特征在于：所述输入单元包括防雷击电路、电磁干扰电路及整流滤波电路；所述防雷击电路与所述电磁干扰电路相连接；所述电磁干扰电路与所述整流滤波点路了相连接；

进一步改进，所述防雷击电路内设有三个气体放电管，分别为气体放电管G1、气体放电管G2、气体放电管G3；所述气体放电管G2与所述气体放电管G3并联之后再与所述气体放电管G1并联；

进一步改进，所述功率变换模块的结构为半桥式拓扑结构；

进一步改进，所述整流滤波电路分别与所述功率变换模块、辅助电源模块相连接；

进一步改进，所述控制电路内设有控制芯片，其型号为TL494；

与现有技术相比，采用上述方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型利用输入单元中的防雷击电路实现电源的防雷电功能，利用电磁干扰电路实现各电器间的电磁干扰功能；同时利用功率变换模块实现多种电压输出，满足各产品的电压需求；整个开关电源结构简单，有效了减少了电磁干扰，同时实现多种电压的输出，满足电脑中各模块、各器件对不同电压的需求。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型中输入单元结构框图；

图3是本实用新型中防雷击电路的电路原理图；

图4是本实用新型中电磁干扰电路的电路原理图；

图5是本实用新型中整流滤波电路的电路原理图；

图6是本实用新型中辅助电源模块的电路原理图；

图7是本实用新型中控制电路的电路原理图；

图8是本实用新型中功率变换模块的电路原理图；

图9是本实用新型中输出单元的电路原理图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种电脑用开关电源，包括控制电路、输入单元、输出单元、功率变换模块及辅助电源模块，所述输入单元分别与所述功率变换模块、辅助电源模块相连接；所述功率变换模块还分别与控制电路、输出单元相连接；所述辅助电源模块与所述输出单元相连接；

如图2所示，所述输入单元包括防雷击电路、电磁干扰电路及整流滤波电路；所述防雷击电路与所述电磁干扰电路相连接；所述电磁干扰电路与所述整流滤波点路了相连接；

如图3所示，所述防雷击电路内设有三个气体放电管，分别为气体放电管G1、气体放电管G2、气体放电管G3；所述气体放电管G2与所述气体放电管G3并联之后再与所述气体放电管G1并联；

所述防雷击电路是基于电阻R50、R51、R52和气体放电管G1、G2、G3的并联式抗雷击浪涌电路；气体放电管的绝缘电阻非常高，可以达到千兆欧姆的量级；极间电容的值非常小，一般在2pF以下，极间漏电流非常小，为nA级；因此气体放电管并接在线路上对线路基本不会构成什么影响；当两极间电压足够大时，极间间隙将放电击穿，由原来的绝缘状态转化为导电状态，类似短路，保护后面的电路；

优选的，所述电阻R50、R51、R52均为为压敏电阻；

优选的，所述气体放电管G1、G2、G3均为陶瓷气体放电管；

进一步的，所述电磁干扰电路为EMI电源滤波器电路；其具体电路原理结构如图4所示；

进一步的，所述整流滤波电路分别与所述功率变换模块、辅助电源模块相连接；其电路原理结构如图5所示，在图5中，交流220V市电经整流桥D1整流后，经电容C2、C3滤波后得到较为纯净的300V左右的直流电压；一路输到功率变换模块，一路输到辅助电源电路；

在整流滤波电路中，需要考虑以下两个问题：

A.整流二极管的选取：

本实用新型的整流滤波电路采用集成整流桥堆，其正向压降V_DF较小，反向恢复时间t_rr短，正向恢复电压低，反向漏电流I_R小；

B.滤波电容的选择：

开关电源输入滤波电容器工作电压及容量的选取可根据不同的侧重面进行计算，如可根据纹波电流、纹波电压进行设计或输出、输入功率进行设计，也能根据滤波电容器一个周期需提供的能量进行设计等；

在交流输入电压供电的情况下，电容器的工作电压

$V_{ci}\≥1.5\×\sqrt{2}{V}_{inAC}(1+\mathrm{\α})$ 公式(1)

上式中，V_inAC为输入交流电源电压额定值，α为输入交流电压相对额定值允许的变化率；本电路是根据纹波电流进行的计算，选择330V/250uF的极性电容；

进一步的，所述辅助电源电路的电路原理结构如图6所示，辅助电源本身就是一个完整的开关电源；

在图6中，220V市电经整流滤波电路变为+300V左右的直流电，再经R30送到辅助电源变压器T3，只要ATX电源一上电，辅助电源电路就开始工作，输出两路电压，其中一路是+5VSB，该电压连接到ATX主板的“电源监控电路部分”，作为它其工作电压，使电脑操作系统可以准确对电源进行管理；通过这个功能，能实现很多智能功能，如远程开机，电脑唤醒等；另一路电压通过二极管D21整流，为后面的保护、控制电路等电路提供所需的工作电压；尽管辅助电源电路结构很简单，但在电脑系统中有着非常重要的作用，它不仅给主控PWM电路和各种控制保护电路供电，保证ATX开关稳压电源的正常稳定运行，而且它又像是永不熄灭的“火种”，向电源系统提供待机所需的各种电压；

进一步的，所述控制电路内设有控制芯片，其型号为TL494；其电路原理结构如图7所示，在图7中，所述控制电路主要由U1TL494和U2LM339及周围元件组成；TL494的{5}脚、{6}脚外接定时电容和定时电阻，在电路中{13}脚接5V基准电压，这样TL494内部的三极管Q1、Q2工作在推挽输出方式；

ATX电源接通市电后,辅助电源即刻开始工作；一方面输出+5VSB电源,同时向TL494的{12}脚提供十几伏到二十多伏的直流电源；TL494的{14}脚输出+5V基准电源,锯齿波振荡器也开始起振工作；若主机未开机,PS-ON信号为高电平,即比较器LM339的{6}脚也为高电平,LM339输出端{2}脚呈高电平,使TL494的{4}脚为高电平,这样TL494的{8}脚和{11}脚均无脉冲输出,ATX电源无±5V、±12V、+3.3V电源输出,主机处于待机状态；得到主机启动指令后TL494立刻由待机状态转入工作状态，{8}脚、{11}脚输出相位差为180°的PWM信号，使T1初级一侧的Q2、Q8轮流导通或截止，并经T2次级绕组的耦合，驱动Q1、Q3也为轮流导通或截止，共处于“双管推挽”工作方式；

控制电路也就是脉宽调制电路，它的功能是检测输出直流电压，通过与基准电压比较，再进行放大，控制振荡器的脉冲宽度，从而控制推挽开关电路以保持输出电压的稳定；

进一步的，所述功率变换模块的结构为半桥式拓扑结构；其电路原理结构如图8所示，在图8中，两个推挽开关管是该电路部分的核心元件，脉宽调制电路TL494送来的PWM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，推挽开关管因无驱动脉冲就停止工作，电源电路处于不工作状态，这种工作方式称作它激式工作方式；在该电路中，两个控制开关管Q1和Q3轮流交替工作，开关电源在整个工作周期之内都向负载提供功率输出，因此，其输出电流的瞬间响应速度很高，电压的输出特性也很好；其主要优点是开关管关断时承受的电压为U_DC，而不像推挽拓扑或单端正激式变换那样为2U_DC；

主功率变换电路是开关电源的主要部分，也是最重要的部分；该电路设计采用半桥式拓扑结构，它起着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；

进一步的，所述输出单元的电路原理结构如图9所示，在图9中，由于流经T2初级绕组工作电流是大小相等、方向相反，因此在次级绕组两端所感应的脉冲电压也是大小相等、方向相反，这样就可以方便地利用“共阴极”二极管或“共阳极”二极管进行全波整流，用“共阴极”整流得正极性直流电压，用“共阳极”整流得负极性直流电压；SBL2040和FR302外形像大功率三极管，内部是共阴极肖特基二极管，他们都是快恢复二极管；各路输出采用LC滤波，L3有5个线圈(其中3、4并联)担任±5V、±12V滤波，为了利用这种正负关系，使L3发挥“共模”扼流的效应，线圈采取共用磁芯，并将两路负电压进行反接。再经过滤波电路得到+5V、+12V、+3.3V、-5V、-12V输出电压；

本实用新型利用输入单元中的防雷击电路实现电源的防雷电功能，利用电磁干扰电路实现各电器间的电磁干扰功能；同时利用功率变换模块实现多种电压输出，满足各产品的电压需求；整个开关电源结构简单，有效了减少了电磁干扰，同时实现多种电压的输出，满足电脑中各模块、各器件对不同电压的需求；

本实用新型不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电脑用开关电源，包括控制电路、输入单元、输出单元、功率变换模块及辅助电源模块，所述输入单元分别与所述功率变换模块、辅助电源模块相连接；所述功率变换模块还分别与控制电路、输出单元相连接；所述辅助电源模块与所述输出单元相连接；其特征在于：所述输入单元包括防雷击电路、电磁干扰电路及整流滤波电路；所述防雷击电路与所述电磁干扰电路相连接；所述电磁干扰电路与所述整流滤波点路了相连接。

2.根据权利要求1所述的一种电脑用开关电源，其特征在于：所述防雷击电路内设有三个气体放电管，分别为气体放电管G1、气体放电管G2、气体放电管G3；所述气体放电管G2与所述气体放电管G3并联之后再与所述气体放电管G1并联。

3.根据权利要求1所述的一种电脑用开关电源，其特征在于：所述整流滤波电路分别与所述功率变换模块、辅助电源模块相连接。

4.根据权利要求1所述的一种电脑用开关电源，其特征在于：所述功率变换模块的结构为半桥式拓扑结构。

5.根据权利要求1所述的一种电脑用开关电源，其特征在于：所述控制电路内设有控制芯片，其型号为TL494。