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AdvantechDongguanManufactureUnitPowersupply培訓資料 電源供應器的介紹及測試 交換式開關電源的概述我們都知道市電是220V/50Hz的交流電，而計算機系統中各配件使用的都是低壓直流電，因此電源就是計算機供電的主角，如果把電流比作血液，那么電源就是計算機的心臟。 市電進入電源后，首先經過扼流線圈和電容濾除高頻雜波和干擾信號，接下來經過整流和濾波得到高壓直流電，然後進入電源最核心的部分──開關電路。開關電路主要負責將直流電轉換為高頻脈動直流電，再送高頻開關變壓器降壓，然後濾除高頻交流部分，這樣才得到電腦需要的較為“純淨”的低壓直流電。因為計算機電源最核心的部分是開關電路，因此計算機電源通常就被稱為開關電源(SwitchingPowerSupply)。 開關電源的線路方塊圖EMIFILTER,EMC,fuse,NTC等相關保護線路橋式整流線路P.F.C.線路功率切換線路變壓器能量轉換輸出線路回授控制線路保護線路 電源供應器不同線路架構的比較FlybackCircuit:目前以150W以下為主,主要因變壓器兼具儲能與放能功能,而二次側Chock很小.當一次側ON時做儲能動作.OFF時,轉為二次測ON做放能動作.因此二次側Chock不做儲能動作,只是單純做為濾波用Flyback線路可做多組輸出.電壓可達50V以上.1.當Q1turnon時,Dturnoff,此時將能量儲存於N1上,輸出則由電容提供。2.當Q1turnoff時,Tr於Q1turnon時,所儲存的能量經D輸出到負載,且將能量存於輸出電容Co中,所以 電源供應器不同線路架構的比較ForwardCircuit:可設計大瓦特數500W以上.當一次側ON時變壓器處於儲能狀態,而二次側也同時在做儲能動作,當二次側OFF時由二次側放出能量至Chock儲能,故二次側Chock要用較大型Core以便儲能。 電源供應器不同線路架構的比較1.Q1ON等效線路如下:◎當Q1turnon時,Vdc由N1將能量轉移至N2,同時D3,Lo,CoLoad形成導通回路 電源供應器不同線路架構的比較2.Q1OFF等效線路如下:◎當Q1turnoff時,Q1Vds有二倍Vdc,C1為Clamping(所以Tr上的Leakage造成大於2倍Vds的尖波電壓)N1上的電流維持不變方向向C2充電,但N1及N3,N2電壓反向,D3不通,D1導通.當N1放電完成後則由C2放電回DCBus,Tr直到C2上的電壓小於輸入電壓,而被箝位住.此時同為電流反向流過變壓器,因此完成了變壓器重置的動作,此稱為諧振式洩磁繞組電路 Forward與Halfbridge線路之特徵差異點比較(單晶）(雙電晶體）EMIFILTERRECTIFIERBRIDGEMAIN TRANSFORMEROUTPUTRECTIFIER&FILTERPFCCKT+5VsbTRANSFORMERDIRVETRANSFORMERI/PPWMICVOLTAGEMODEPROTECTIONCIRCUITOVP,UVP,OCP,SCP+5VsbFANSPEEDCONTROL+5V-5V+3.3V+12VOUTPUTPGVCCDOUBLETRANSFORMERHalfbridge Forward與Halfbridge線路之特徵差異點比較(單晶）(雙電晶體）ForwardEMIFILTERRECTIFIERBRIDGEMAIN TRANSFORMEROUTPUTRECTIFIER&FILTERPFCCIRCUIT+5VsbTRANSFORMERPWMICCURRENTMODEI/PPROTECTIONOVP,UVP,OCP,SCPOTP+5VsbFANSPEEDCONTROL+5V-5V+3.3V+12VOUTPUTPGVCCO/PSINGLEMOSFETON/OFFFEEDBACKCONTROL Forward與Halfbridge線路之特徵差異點比較一、磁場干擾在同一PCPLayout佈局，Halfbridge較能抑制雜訊干擾，相對Forward較難處理，因在設計上工作頻率Forward偏高的原因。二、工作頻率比較Forward雖可以提高工作頻率，造成零件小型化，尤其超150KHZ以上，相對的設計上有些瓶頸須待克服，如EMI易產生雜訊，高速切換零件熱耗損現象及零件的高頻化如電容選用不易Halfbridge較無Forward的現象，尤其是PC電源供應器。三、二次側二極體原理不同ForwardCKT大功率使用，必須克服輸出二極體電流不平均，容易造成二只二極體溫升差異很大的問題。HalfbridgeCKT大功率使用，輸出二極體電流很平均分攤，不致造成兩只有溫升差異問題。四、切換開關晶體不同的方式Halfbridge用兩只bipolar400V電晶體，成本上並不會比高壓900V之MOSFET貴，尤其是大功率更明顯。Forward較貴，只是Halfbridge要注兩只電晶體的熱平衡。五、驅動迴路不同Halfbridge須加一只驅動變壓器作一&二次絕緣，並同時驅動電晶體，Forward不用此變壓器方式，只要IC產生即可，成本上Forward較便宜。六、迴授控制方式不同Halfbridge用電壓模式反應慢Forward用電流模式反應快Halfbridge反應慢在SCP時，容易FAIL，但克服此問題，可在二次側加UVP功能即可解決。七、絕緣型態方式不同如5說明，二者不同方式對無經驗之Layout工程師而言，半橋在一次面積空間較小，對有經驗者並沒有差異。 Forward與Halfbridge線路之特徵差異點比較(EMI)FORWARDTrendHALFBRIDGETrend同樣以250W的PSU實際EMI測試比較圖1.可以明顯看出ForwardEMItrend比Halfbridge高出約5-6dB說明： Forward與Halfbridge線路之特徵差異點比較(二次側二極管)從圖與電流分佈不平均12從圖與電流分佈平均341234 Forward與Halfbridge線路之特徵差異點比較(工作頻率)1.頻率高較適合零件使用小型化2.儲能元件電容，電感類要小型化必須提高工作頻率150khz以上才能顯現出來，以目前業界100khz以下forwardandhalfbridge無法明顯區別出來。FORWARDCIRCUITHALFBRIDGECIRCUITMAINSWITCHINGMOSFETWAVEFORMWORKINGFREQUENCY=91.9KHzMAINSWITCHINGTRANSISTORWAVEFORMWORKINGFREQUENCY=38.5KHz Halfbridge雙晶Forward使用低壓400V電晶體2pcs使用電流驅動方式成本較低雙晶使用高壓500VMosfet2pcs使用電壓驅動方式成本接近，尤其是小功率EMIFILTERRECTIFIERBRIDGEMAIN TRANSFORMEROUTPUTRECTIFIER&FILTERPFCCKT+5VsbTRANSFORMERDIRVETRANSFORMERI/PPWMICVOLTAGEMODEPROTECTIONCIRCUITOVP,UVP,OCP,SCP+5VsbFANSPEEDCONTROL+5V-5V+3.3V+12VOUTPUTPGVCCDOUBLETRANSFORMERForward與Halfbridge線路之特徵差異點比較(切換開關晶體)OUTPUTRECTIFIER&FILTER+5VsbTRANSFORMERPWMICCURRENTMODEPROTECTIONOVP,UVP,OCP,SCPOTPFANSPEEDCONTROLFEEDBACKCONTROLEMIFILTERRECTIFIERBRIDGEMAINTRANSFORMERPFCCIRCUITEMIFILTERRECTIFIERBRIDGEMAINTRANSFORMERPFCCIRCUITI/P+5Vsb+5V-5V+3.3V+12VOUTPUTPGVCCO/PSINGLEMOSFETON/OFF5EMIFILTERRECTIFIERBRIDGEMAINTRANSFORMERPFCCIRCUITI/P+5Vsb+5V-5V+3.3V+12VOUTPUTPGVCCO/PSINGLEMOSFETON/OFFEMIFILTERRECTIFIERBRIDGEMAINTRANSFORMERPFCCIRCUITI/P+5Vsb+5V-5V+3.3V+12VOUTPUTPGVCCO/PSINGLEMOSFETON/OFFEMIFILTERRECTIFIERBRIDGEMAINTRANSFORMERPFCCIRCUITI/P+5Vsb+5V-5V+3.3V+12VOUTPUTPGVCCO/PSINGLEMOSFETON/OFFEMIFILTERRECTIFIERBRIDGEMAINTRANSFORMERPFCCIRCUITI/P+5Vsb+5V-5V+3.3V+12VOUTPUTPGVCCO/PSINGLEMOSFETON/OFF Forward與Halfbridge線路之特徵差異點比較(驅動迴路)HalfbridgeForward需多用1pcs變壓器且較複雜的控制設計只用IC，控制容易EMIFILTERRECTIFIERBRIDGEMAIN TRANSFORMEROUTPUTRECTIFIER&FILTERPFCCKT+5VsbTRANSFORMERDIRVETRANSFORMERI/PPWMICVOLTAGEMODEPROTECTIONCIRCUITOVP,UVP,OCP,SCP+5VsbFANSPEEDCONTROL+5V-5V+3.3V+12VOUTPUTPGVCCDOUBLETRANSFORMEREMIFILTERRECTIFIERBRIDGEMAIN TRANSFORMEROUTPUTRECTIFIER&FILTERPFCCIRCUIT+5VsbTRANSFORMERPWMICCURRENTMODEI/PPROTECTIONOVP,UVP,OCP,SCPOTP+5VsbFANSPEEDCONTROL+5V-5V+3.3V+12VOUTPUTPGVCCO/PSINGLEMOSFETON/OFFFEEDBACKCONTROL HalfbridgeForward控制方式是電流模式反應快控制方式是電壓模式反應慢，若要克服此問題必須在二次測加UVP功能EMIFILTERRECTIFIERBRIDGEMAIN TRANSFORMEROUTPUTRECTIFIER&FILTERPFCCKT+5VsbTRANSFORMERDIRVETRANSFORMERI/PPWMICVOLTAGEMODEPROTECTIONCIRCUITOVP,UVP,OCP,SCP+5VsbFANSPEEDCONTROL+5V-5V+3.3V+12VOUTPUTPGVCCDOUBLETRANSFORMEREMIFILTERRECTIFIERBRIDGEMAIN TRANSFORMEROUTPUTRECTIFIER&FILTERPFCCIRCUIT+5VsbTRANSFORMERPWMICCURRENTMODEI/PPROTECTIONOVP,UVP,OCP,SCPOTP+5VsbFANSPEEDCONTROL+5V-5V+3.3V+12VOUTPUTPGVCCO/PSINGLEMOSFETON/OFFFEEDBACKCONTROLForward與Halfbridge線路之特徵差異點比較(迴授控制) Forward與Halfbridge線路之特徵差異點比較(驅動迴路)ForwardHalfbridge此變壓器是做分隔一、二次測Photocoupler做分隔一、二次測一次測二次測一次測二次測 電源輸出對系統之間的關係就目前最常用的ATX電源來說，其電源輸出有下列幾種︰1.+3.3V︰主要經主板變換后驅動晶片組、內存等電路。2.+5V︰目前主要驅動硬碟和光驅的控制電路(除電機外)、主板以及軟驅等。3.+12V︰用于驅動硬碟和光驅的電機、散熱風扇,或透過主板擴展插槽驅動其它板卡。4.-12V︰主要用于某些串口電路，其放大電路需要用到+12V和-12V，但電流要求不高，因此-12V輸出電流一般小于1A。5.-5V︰主要用于驅動某些ISA板卡電路，輸出電流通常小于1A。6.+5VSB︰+5VSB表示+5VStandby，指在系統關閉后保留一個+5V的等待電壓，用于系統的喚醒。 +3.3V+5.0V+12.0V數量最大功率主板3.0A2.0A0.3A123.5WAthlonXP2100+007.49A189.01W256MBDDR03.0A0215.0WAGP顯卡6.0A2.0A0128.9WIDE硬盤00.8A2.0A128.0WDVD-ROM01.2A1.1A119.2WCD-RW01.2A0.8A115.6W軟驅00.8A014.0WPCI聲卡0.5A0.5A014.15WPCI網卡0.4A0.4A013.32W機箱風扇000.25A13.0W處理器風扇000.25A13.0W鍵盤00.25A011.25W鼠標00.25A011.25W合計239.18W設備的典型功率消耗(來源于AMD公司技術資料) Motherboard&SPS之間的訊號控制參考文獻:MicroATXMotherBoardInterfaceSpecification,Version1.21.PS_ONSignal(3.2.1)2.+5VsbStaandbyVoltage(3.2.2.)3.PowerGoodSignal,PW_OK(3.2.3) PS_ONSignal◎PS_ONsignal是一個低電位觸發電源供應器主電源的訊號,其意義如下圖示:PS_ONsignalMainpowerT1<500ms10ms95%,0.5period.Voltagereduction30%,25period.Voltagereduction>95%,250period.11.Ringwavelightningsurge(IEC1000-4-12)(振盪雷擊測試)模擬電子產品在雷擊衝擊環境下,是否會受到影響,其能量形態為Ringwave。Condition:Pulserisetime:0.5μS±20%.Dutytime:1μsOscillationfreq.:100kHz±10%Decaying(ofeachpeak):60%oftheprecedingpeakTransients'repetition:1to60transientsperminuteOutputimpedance:12Ω,30Ωand200Ω±20% M.T.B.F.(MeanTimeBetweenFailure;平均失效時間)PartscountMeanTimeBetweenFailure.PredictionMeanTimeBetweenFailure.DemonstratedMeanTimeBetweenFailure.說明:1.一般而言,零件計數的模式為設計初期的一個預估值,其計算出的平均失效時間偏差較大,目前較少人在使用。2.P-M.T.B.F.為目前電子產業廣為使用,其參考價值較大,成本較低,目前全漢的產品驗証有一組人員專門在測試。(參考附件)3.D-M.T.B.F.為最接近實際狀況,但所需成本較高,包括樣品數、人力、電費、時間…等都是需要考慮的重點。(參考附件) THEENDTKANKS!
