深入了解電源的濾波保護電路

2020-11-23 中關村在線

    電源的濾波、保護電路對電源有重要的意義，電腦能否安全使用，很大程度上取決於電源的穩定和保護。

電源的穩定性，一般表現在以下幾個方面：

1、 輸出電壓受輸入電壓波動的影響很小

電網電壓在180~264V之間波動時，電源輸出的低壓直流電波動很小。

2、 輸出電壓受負載影響很小

電源負載在輕載時和重載時，輸出電壓波動很小。

3、 紋波輸出很小。

    一般來說，電源需要多路濾波和保護電路，磐石355電源是一款比較典型的具有四重濾波、四重保護電路的電源，下面我們以此電源為例，向大家詳細介紹一下電源的濾波、保護電路。

一、磐石355的濾波電路

1、 電磁幹擾

    電腦電源是把工頻交流整流為直流，再通過開關變為高頻交流，其後再整流為穩定直流的一種電源，這樣就有工頻電源的整流波形畸變產生的噪聲與開關波形會產生大量的噪聲，噪聲在輸入端洩漏出去就表現為輻射噪聲和傳導噪聲，在輸出端洩漏出去就表現為紋波。輻射噪聲頻率高於30MHZ，會傳播到空間中；傳導噪聲頻率在30MHZ以下，主要幹擾音頻設備，通過電源線傳播到電網中。

    外部噪聲會進入到電網中的其它電子設備中影響電子設備的運行，而供給負載的電源產生的噪聲也會洩漏到電源外部，因此，電腦電源必須有阻止這些噪聲進出的功能。

    在電腦電源的輸入端，需要有由電容和電感構成的濾波器，用於抑制交流電產生的EMI。在電源的輸出端，工頻電源的整流波形畸變引起的噪聲，以及開關工作波形產生的噪聲呈現為紋波，因此在輸出端也需要接入濾波器，用於抑制直流電產生的EMI。

2、 輸入端第一道EMI濾波電路

    磐石355的第一道EMI濾波電容是由X電容（白盒子）、線圈型電感和兩個Y電容構成的，用來抑制輸入端的高頻幹擾，以及PWM自身產生的高頻幹擾對電網的汙染。

3、第二道EMI濾波電路

    為保證輸入到整流電路中的電流的純淨，還需要進行第二道濾波。此濾波電路是由X電容、Y電容和變壓器型電感組成。

3、高壓濾波電路

    高壓整流濾波電路把220V的交流市電轉換為300V的高壓直流電壓，一路輸到開關電路，一路輸到輔助電源電路。

    高壓濾波電容的容量對輸出端的穩定性有很大影響，紋波輸出的控制也是基於濾波電容的容量。紋波是與輸出端呈現的輸入頻率及開關變換頻率同步的分量，一般為輸出電壓的0.5%以內。

    另外，採用高容量的濾波電容，在電網電壓突然降低時，也可以保證電源不至於重新啟動。

4、低壓濾波電路

    當高頻噪聲洩漏到負載側時，可能使電腦配件產生故障，同時，高頻噪聲也會向空間輻射。低壓端採用的直流線路EMI濾波器。

    直流線路EMI濾波器比較複雜。電源的直流有5V、12V和3.3V電壓，對於每路電壓，都需要進行濾波。低壓端通常有兩個大的扼流線圈，其中稍大的對+5V和+12V進行濾波，稍小的對+3.3V進行濾波。另外，磐石355的低壓大容量濾波電容和線圈型電感數目也較多，共有6個，5V、12V和3.3V各使用2個濾波電容和1個線圈電感。這樣設計可以取得非常好的濾波效果。如下圖所示。

二、磐石355的保護電路
  
 磐石系列電源具有四重保護電路，即過流、過壓、過載和短路保護。

1、 輸入端過壓保護

    在磐石355電源的高壓濾波電路邊上，有兩個藍色的壓敏電阻，其耐壓值為270V，當市電電壓超過270V時，壓敏電阻就會被擊穿，從而保護電源其它電路以及電腦配件的安全。

2、 輸入端過流保護

    在磐石355第二道EMI濾波電容旁邊，會有一根保險絲，當瞬間電流非常大時，保險絲就會熔斷，從而保護電源和電腦。

3、 輸出端過流保護

    過電流會損傷電源和配件。在下圖中，有兩根細導線連接了控制電路部分和驅動變壓器，當控制電路監測到輸出端有過大的電流時，通過導線反饋到驅動變壓器，驅動變壓器就會相應動作，關斷電源的輸出。

4、 輸出端過壓保護

    輸出端輸出過高的電壓，會對電腦配件造成致命的損害，因此防止輸出過壓是非常重要的功能，在磐石355的輸出端的控制電路中，分布著一些穩壓管，當比較器檢測到的輸出電壓與基準電壓偏差較大時，穩壓管就會對電壓進行調整。

5、 輸出端過載保護

    電源是能量的轉換設備，而不是像電池是存儲能量的設備，因此其輸出不受額定功率的限制，比如額定150W的電源，可以提供200W甚至更高的功率，但此時輸出電壓將出現很大的波動，跌出正常的5%的範圍，並且產生的熱量甚至可以燒毀電源，因此不設過載保護的電源是危險的。

    過載保護的機理與過流保護一樣，也是由控制電路和驅動變壓器進行的。

6、 輸出端短路保護

    輸出端短路時，LM339N的比較器會偵測到電流的變化，並通過驅動變壓器、PWM關斷開關管的輸出。

7、 溫度控制

    電腦電源的轉換效率通常在70~80%之間，這就意味著相當一部分能量將轉化為熱量，熱量積聚在電源中不能及時散發，會使電源局部溫度過高，從而對電源造成傷害。磐石355電源設計了溫控電路，散熱片附近的溫度探頭會檢測電源內部溫度，並智能調整風扇轉速，對電源內部溫度進行控制。

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