多年以前, 当电脑还称得上神秘的时候, 很多人都是通过游戏才逐渐开始认识电脑, 从而学会了更多的知识。然而随着时代的发展和科技的进步, 如今的电脑已经走进了千家万户, 成为了大家日常生活中不可或缺的一部分, 无论是办公还是家庭娱乐都已经离不开它了。
游戏无疑是目前电脑家庭娱乐的主要应用之一, 很多电脑硬件设备都是随着电脑游戏这个平台而发展生存的, 因此, 电脑游戏是推动电脑硬件技术发展的重要动力。而电脑硬件技术的发展也为电脑游戏的不断成长创造了极佳的发展环境, 毕竟任何时期的电脑游戏都无法脱离开那个时期的硬件平台标准而运行, 所以游戏和硬件是相辅相成的。而PC电源作为整个电脑硬件平台中的动力来源, 就好像人体中的心脏一样, 有着举足轻重的作用。一款品质优秀、输出稳定的PC电源将直接决定硬件平台是否能够发挥出最佳的性能。因此, PC电源同样也随着电脑游戏和硬件之间的发展在不断的进步。
然而, 在计算机各部件中最令人注意的是CPU的频率、内存的大小、硬盘容量, 显卡的性能等等。电源却往往总会受到忽略。事实上, 电脑的许多奇怪症状都是由电源引起的。假如我们把电脑比作一个人的话, CPU作为计算机的核心部件起着运算和控制的作用, 它相当于我们人类的大脑;而电源作为电脑的动力提供者, 完全等价于我们人类的心脏。标志电源特性的参数有功率、电压、频率、噪声、及带负载时参数的变化等;在同一参数要求下, 又有体积、重量、形态、效率、可靠性等指标。所以有必要了解电源内部结构, 熟悉电源的工作原理, 才能更好地维护好电脑电源, 才能从根本上保障电脑相关设备长时间稳定工作。
1 开关电源的定义
开关稳压电源是电网交流电压直接整流, 滤被后变成高压直流, 高压直流经高频变压器和功率开关晶体管变换后, 降为低压交流, 再经低压整流, 滤波输出的多路直流电压。开关电源SMPS (Switch Mode Power Supply) 被誉为高效节能电源, 它代表着稳压电源的发展方向, 现也成为稳压电源的主流产品。目前, 开关电源以小型化、智能化和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备, 是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
2 开关电源的结构
电脑电源主要采用脉冲变压器耦合型开关稳压电源, 它分为交流抗干扰电路、功率因数校正电路、高压整流滤波电路、开关控制电路、低压整流滤波电路、电源的保护电路六个主要部分。
交流抗干扰电路的作用:为避免电网中的各种干扰信号影响高频率、高精度的电脑系统。防止电源开关电路形成高频扰窜, 影响电网中的其他电器等;同时也防止电源开关电路形成高频信号污染电网。
功率因数校正电路的作用:开关电源传统的桥式整流、电容滤波电路令整体负载表现为容性, 且使交流输入电流产生严重的波形畸变, 向电网注入大量的高次谐波, 功率因数仅有0.6左右, 对电网和其他电气设备造成严重的谐波污染与干扰。
高压整流滤波电路的作用:目前的各种开关电源高压整流基本都采用全桥式二极管整流, 将输人的正弦交流电反向电压翻转, 输出连续波峰的“类直流”。再经过电容的滤波, 就得到了约300V的“高压直流”。
开关控制电路的作用:控制主开关变压器输出给直流部分的能量, 实现“稳压”输出。
低压整流滤波电路的作用:经过调制的高压直流成为了低压高频交流, 需要经过再次整流滤波才能得到希望的稳定低压直流输出。
电源的保护电路的作用:输入端过压保护;输入端过流保护;输出端过流保护;输出端过压保护;输出端过载保护;输出端短路保护;温度控制。
3 开关电源的工作原理
电源是一种能量转换的设备, 它是通过运行高频开关技术将输入的较高的交流电压 (AC) 转换为PC电脑工作所需要的较低直流电压 (DC) 。当市电接入电脑电源能将220V的交流电转变为电脑需要的低电压强电流的直流电。首先将高电压交流电 (220V) 通过全桥二极管整流以后成为高电压的脉冲直流电, 再经过电容滤波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。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, 控制电路也是必不可少的部分。它能有效的监控输出端的电压值, 并向控制功率开关三极管发出信号控制电压上下调整的幅度。最后还有一个重要的环节, 保护电路的作用。市电经整流滤波后变为311V高压, 经K1~K4功率开关管有序工作后, 变为脉冲信号加至高频变压器的初级, 脉冲的高度始终为311V。当K1、K4开通时, 311V高压电流经K1正向流入主变压器初级, 经K4流出, 在变压器初级端产生一个正向脉冲, 同理, 当K2、K3开通时, 311V高压电流经K3反向流入主变压器初级, 经K2流出, 在变压器初级端, 形成一个反向脉冲。这样, 在变压器次级端产生一系列正反向脉冲, 经整流滤波后形成直流电压。当输出电压Uo较高时, 脉冲宽度就宽, 当输出电压Uo较低时, 脉冲宽度就窄, 因此开关管实际上是一个控制脉冲宽窄的装置。当市电进入电源后, 先经过扼流线圈和电容滤波去除高频杂波和干扰信号, 然后经过整流和滤波得到高压直流电。接着通过开关电路把直流电转为高频脉动直流电, 再送高频开关变压器降压。然后滤除高频交流部分, 这样最后输出供给电脑使用相对纯净的低压直流电。电源工作的流程:高压市电交流输入→1、2级EMI滤波电路→全桥整流电路和大容量高压滤波→高压直流→开关三极管→高频脉动直流电→开关变压器变压→低压高频直流电→低压滤波电路→稳定的低压直流输出。
4 电源的好坏对其他部件的影响
CPU对电压就非常敏感, 电压稍微高一点就可能烧毁CPU, 电压过低则无法启动;而硬盘在电压不足时就无法正常工作, 在电压波动大时甚至会划伤盘片, 造成无法挽救的物理损害;诸如此类, 不一而足。在很多情况下, 主机内的配件损坏了, 用户只是认为是配件本身的质量问题。而很少考虑可能是电源输出的低压直流电电压不稳所造成的。所以, 输出电压的波动范围就是考查电源质量的重要指标之一。
摘要：本文主要介绍了电脑开关电源的结构及工作原理, 对保障电脑设备长时间稳定工作打响了警钟, 强调了开关电源在电脑中的重要性。
关键词：开关电源,交流抗干扰电路,高压整流滤波
参考文献
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