策略矩陣分析--觀念架構(gòu)與分析方法.pptx

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開(kāi)關(guān)電源的工作原理 課程綱要SPS定義ATX2.02.2定義SPS功能原理SPS未來(lái)發(fā)展動(dòng)向 電源有如人體心臟,是所有電設(shè)備的動(dòng)力,但電源卻不像心臟那樣形式單一,因?yàn)闃?biāo)志電源的參數(shù)有:功率.電壓.頻率.噪聲及帶負(fù)載時(shí)參數(shù)的變化等,在同一參數(shù)要求下又有體積.重量.形態(tài).效率.可靠性等指標(biāo)參數(shù)的變化等.只要能夠供給我們電能的裝置,我們稱(chēng)之為電源。而無(wú)論是何種電源裝置都是利用能量守衡定律。SPS定義 凡用半導(dǎo)體功率器件作為開(kāi)關(guān),將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變成為另一形態(tài)的主電路叫做開(kāi)關(guān)變換器電路,同時(shí)轉(zhuǎn)變時(shí)用自動(dòng)控制死循環(huán)穩(wěn)定輸出并有保護(hù)環(huán)節(jié)則稱(chēng)開(kāi)關(guān)電源(SwitchingPowerSupply,簡(jiǎn)稱(chēng)SPS),可分為以下種類(lèi):1、AC-DC，理解成AC轉(zhuǎn)換成DC2、DC-AC，稱(chēng)為逆變,3、AC-AC，稱(chēng)為交流-交流直接變頻(同時(shí)也變壓)4、DC-DC，稱(chēng)為直流-直流變換.SPS定義 荷蘭人NetiR.M.Rao于1970年所發(fā)研出來(lái),是一種非線性轉(zhuǎn)換式電源供應(yīng)器.就是將輸入交流電壓整流濾波后的直流高壓作一定頻率的切換成高壓方波信號(hào).該信號(hào)經(jīng)隔離變壓器轉(zhuǎn)換成低壓直流,再對(duì)其加以整流濾波得到固定的直流電壓輸出。由于微電子的迅速發(fā)展，如今的用電設(shè)備對(duì)電源系統(tǒng)的要求在設(shè)計(jì)上性能更加完善，效率更高，重量較輕，體積小的電源。而SPS正是在這種趨勢(shì)下的新產(chǎn)物，比以往的線性串聯(lián)穩(wěn)壓器更適合。SPS定義 SPS除了應(yīng)用在PC計(jì)算機(jī)上以外，亦可以用監(jiān)視器(Monitor)、終端機(jī)(Terminal)、數(shù)值工具機(jī)、儀器、音響、通訊與導(dǎo)彈系統(tǒng)等領(lǐng)域中。SPS與Liner線性電源供應(yīng)器相比較:體積小、效率高、重量輕、成本低，可大規(guī)模穩(wěn)定性生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。SPS定義 .ATX規(guī)格電源供應(yīng)器定義當(dāng)傳統(tǒng)式之PS/2電源供應(yīng)器已逐漸被新一代之ATX電源供應(yīng)器所取代時(shí)，選擇符合時(shí)代潮流的ATX電源供應(yīng)器應(yīng)是符合現(xiàn)實(shí)的需求。ATX電源供應(yīng)器是新一代ATX主板所需求的電源供應(yīng)器，一般來(lái)說(shuō)一部計(jì)算機(jī)所需的容量145W以上即足夠，若考慮需擴(kuò)充較多的設(shè)備，可考慮200W或250W，服務(wù)器所需的電力需求較大，則可考慮使用300W，400W甚至用熱切換之備援式電源供應(yīng)器（300W*2，400W*2等）。 電源供應(yīng)器ATX12V2.0版規(guī)范當(dāng)Intel推出了Pentium4處理器后，為了滿(mǎn)足供電問(wèn)題，Intel也推出了ATX12V的電源規(guī)范，但由于CPU的頻率越來(lái)越快，相對(duì)消耗的功率不斷增加，于是ATX12V的規(guī)范也不斷的更新。目前Intel針對(duì)ATX12V電源規(guī)范主要有1.0、1.1、1.2、1.3、2.0五個(gè)版本。Intel2004年在推出915/925芯片組時(shí)，同時(shí)間也發(fā)布了ATX12V2.0版的電源規(guī)范。而ATX12V2.0版與1.3版的差異，主要有兩點(diǎn)：一、電源輸出接點(diǎn)由20pin改為24pin：滿(mǎn)足PCIExpress16X和DDR2的需要。 二、+12V增加了一條線路：一條+12V（稱(chēng)為+12v1）專(zhuān)門(mén)為其它設(shè)備供電，而另一條+12V（稱(chēng)為+12v2）則為CPU供電。多出的+12v2實(shí)體上并不會(huì)有另外的接線存在，但是電源供應(yīng)器外殼規(guī)格貼紙上會(huì)標(biāo)示多了一組+12v2，ATX12V2.0規(guī)范該組+12v2在250W和300W都需要14A電流。ATX12V2.0版是ATX電源規(guī)范的一種，其目的在為了解決CPU消耗功耗高漲的問(wèn)題而制定的，主要針對(duì)Intel915/925芯片組所設(shè)計(jì)。目前，Prescott核心的處理器功耗已經(jīng)突破了100W，也就是對(duì)為CPU供電的+12V輸出電流提出了更高的要求。雖然以目前的電源技術(shù)，單一條+12V的線路，就可以應(yīng)付主機(jī)的需求，但會(huì)導(dǎo)致其輸出線材存在較大的安全隱患，同時(shí)也會(huì)有較大的線路損耗。為此Intel還專(zhuān)門(mén)限制了單一+12V輸出不得大于240VA的規(guī)范。ATX12V2.0版電源加強(qiáng)了+12VDC端的電流輸出，并對(duì)+12V的電流輸出、濾波電容的容量、保護(hù)等做出了新的規(guī)定。電源供應(yīng)器ATX12V2.0版規(guī)范 SPS電源供應(yīng)器大致包括下列幾個(gè)模塊(用方塊圖表示如下):a.整流與濾波電路;b.交換組件電路;c.功率隔離變壓器電路;d.整流與濾波輸出電路;e.回授與控制電路;SPS方框圖SPS功能原理 首先,交流AC電壓(110V/60HZ或220V/50HZ)輸入致整流與濾波電路中,及可獲得近似直流(DC)的輸出電壓.這個(gè)初次得到的直流具有相當(dāng)大的連波.在此電路中,大部分是由二極管.電阻.電容.電感夠成的.然后,將這直流輸入到第二個(gè)電路—交換組件電路.這個(gè)交換組件電路我們可視為一種電子開(kāi)關(guān),一般工作在20kHZ至1MHZ的高頻下。SPS方框圖SPS功能原理 這個(gè)電路的原理是將直流電壓連續(xù)切割成近似方波的高頻電壓信號(hào),在此電路中,主要采用晶體管(BJT)或金氧半場(chǎng)效晶體管(MOSFET)的電子組件.這個(gè)組件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是持續(xù)地NO/OFF打開(kāi)及關(guān)閉,而如此的動(dòng)作狀態(tài)使得消耗的能量變得非常的小,也因此效率及可大幅度的提高。SPS方框圖SPS功能原理 此外，這個(gè)電路的切割頻率是由回授與控制電路所決定的，經(jīng)過(guò)前面兩個(gè)電路所得的方波信號(hào)，輸入到高頻的功率隔離變壓器電路，即可在二次側(cè)獲得我們預(yù)先設(shè)定的低準(zhǔn)位電壓。有了如此高頻的功率隔離變壓器后，只要在輸入整流與濾波的電路，就可以獲得直流電壓輸出SPS功能原理SPS方框圖 輸出回路主要是由電感、電容組件組成。這個(gè)最后所獲得的直流電壓，雖然可以作為電源之用，但它非常容易的受到輸出負(fù)載以及輸入電壓的改變---電壓不穩(wěn)，為了解決這一缺點(diǎn)，我們就必須使用回授與控制電路。SPS方框圖SPS功能原理 依據(jù)閉回路控制,將輸出的直流電壓反回給回授與控制電路，將輸出電壓的變化情況與固定的參考電壓做比較，在這個(gè)電路中，利用一個(gè)由OP組成的比較器,將比較出來(lái)的信號(hào)用來(lái)控制交換組件電路中的電子開(kāi)關(guān),其分成關(guān)閉和導(dǎo)通的時(shí)間。不斷的持續(xù)校正，即可獲得穩(wěn)定的輸出電壓.在此電路中包含PWM控制電路，用來(lái)控制調(diào)整脈波寬度。SPS功能原理 環(huán)保化多媒體電源節(jié)約能源微型化,可靠性SPS發(fā)展動(dòng)向 何謂多媒體時(shí)代的電源多媒體時(shí)代電源技術(shù)的關(guān)鍵,是要具備高可靠性.節(jié)約能源及體小量輕等三項(xiàng)要點(diǎn).此三項(xiàng)要點(diǎn)彼此密切相關(guān),最后取抉時(shí),尚應(yīng)兼顧成本一并評(píng)估,方屬上策.而且開(kāi)發(fā)此類(lèi)技術(shù)時(shí),并非僅是電路技術(shù),還要在使用材料,整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行深入討論. (ICP-MS).原子吸收分光亮度計(jì)(AA).傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR).ROHS指令規(guī)定鎘<=100ppm;鉛<=1000ppm;汞<=1000ppm;六價(jià)鉻<=1000ppm;聚溴化聯(lián)苯醚<=1000ppm;聚溴化聯(lián)苯<=1000ppm 1,實(shí)現(xiàn)小型化的關(guān)鍵:(1)零件的發(fā)熱與散熱處理;(2)使用壽命(受溫度上升的影響);(3)EMC(因零件間隔狹窄所產(chǎn)生電磁耦合作用等的影響);(4)為諧波電流限制對(duì)策所增加的電路;欲解決上述課題,則通過(guò)以下相應(yīng)對(duì)策執(zhí)行,予以實(shí)現(xiàn);(1)低損耗電路.低噪聲電路;(2)濾波器的小型化;(3)零件損耗的降低;(4)對(duì)應(yīng)諧波電流的零件的小型化;(5)電路零件小型化;何謂微型化的電源 2.節(jié)約能源自日本東京舉辦防止地球溫室化效應(yīng)會(huì)議(COP3)后,地球環(huán)問(wèn)題就引起重視,其中待機(jī)狀態(tài)的功耗限制作出條紋規(guī)定,美國(guó)就于1993年訂定能源星型計(jì)算器規(guī)劃(energystarcomputerprogram),日本通過(guò)省暨節(jié)約能源中心主導(dǎo)推動(dòng)此項(xiàng)"國(guó)際能源星型規(guī)劃",歐洲針對(duì)待機(jī)備用電力規(guī)定最為嚴(yán)格的瑞士的'E200規(guī)劃',瑞士規(guī)定為T(mén)CO95(98).開(kāi)關(guān)電源的損耗可以分為不與輸出電流成正比的固定損耗和與輸出電流成正比的線性損耗.,以及不屬于兩種情況下的非線性損耗:效率=輸出功率/(輸出功率+產(chǎn)損耗)=輸出功率/(輸出功率+固定損耗+線性損耗+非線性損耗).改善非線性損耗和線性損耗的效果不大,只有從固定損耗著手.。何謂節(jié)約能源的電源-待機(jī)狀態(tài)下的損耗 A.導(dǎo)通損耗:P(0N)=4/3*T/ton*n^2*Rd(on)I0^2T是開(kāi)關(guān)周期,tON是ON時(shí)間,I0是輸出電流;n是變壓器的匝數(shù)比;B.關(guān)斷損耗:P(f)=t(f)/t(on)*n/3*V1*I(0)t(f)是下降時(shí)間;V1是關(guān)斷時(shí)的電壓.C.接通損耗:P(r)=1/3*t(r)/T*(E(in)/L*t(r))^2*Rd(on)+1/2*1/T*C(ds)*V(2)^2t(r)是上升時(shí)間;E(in)是輸入電壓;L是變壓器的一次繞組電感;V2是接通時(shí)的電壓;C(ds)是存儲(chǔ)主開(kāi)關(guān)的寄生電容內(nèi)的電荷消耗量.總結(jié):待機(jī)狀態(tài)時(shí)應(yīng)改善原來(lái)屬于固定損耗的接通損耗何謂節(jié)約能源的電源-待機(jī)狀態(tài)下的損耗 考慮到非線性導(dǎo)通損耗與固定性的接通損耗之間,具有折中關(guān)系,以下為代表性的節(jié)能電源結(jié)構(gòu).待機(jī)狀態(tài)時(shí)可節(jié)約能源的電源結(jié)構(gòu)雙電源方式所謂雙電源,就是利用兩種穩(wěn)定化電源的方式.主電源是采用適合額定負(fù)載需要的開(kāi)關(guān)電源.至于輔助電源,則采用適合待機(jī)負(fù)載的穩(wěn)定化電源.待機(jī)時(shí)主電源暫停,僅輔助電源工作而已. 近來(lái)大型集成電路(LSI),隨同多媒體及手提機(jī)種的快速進(jìn)步,已同步向高功能化及高密度化邁進(jìn),為實(shí)現(xiàn)同步化的功能,必須有低壓化的LSI.因此向LSI內(nèi)供電的DC-DC變換器的輸出電壓,相同的向低壓化轉(zhuǎn)型.不得不考慮如何使其降至1V以下.然而,應(yīng)執(zhí)行1V左右的電壓整流時(shí),早期是采用與正向電壓降程度相配的二極管,但效率不高,改用開(kāi)關(guān)式電路后,則難以預(yù)料.同步整流的簡(jiǎn)介 同步整流電路本身而言,并非新產(chǎn)品,早期當(dāng)時(shí)缺乏有如目前的ON電阻較小的MOSFET,但現(xiàn)有的功率MOSFET的ON電阻,已小至以往難以想象的程度.目前,此類(lèi)同步整流電路已使用較多的原因,在于其構(gòu)成部件中性能優(yōu)異的MOSFET,價(jià)格合理的緣故.同步整流的簡(jiǎn)介典型的DC-DC變換器的損耗分析結(jié)果顯示：幾乎所有的損耗,均來(lái)自整流和轉(zhuǎn)換二極管.欲使DC-DC變換器的損耗降低,首先要降此二極管的損耗.利用MOSFET取代整流和轉(zhuǎn)換二極管時(shí),采用同步整流電路能有效的提高變換器的效率. 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