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第一讲：开关电源技术与PC电源介绍 绪 论 上世纪50年代末60年代初，出现了功率管BJT（Bipolar Junction Transistor）和可控硅SCR（Semiconductor Controlled Rectifier）等半导体功率器件，这些器件随即被应用到电能变换领域，导致了电力电子学的建立。电力电子学由此产生并有了近60年的发展，至今，电力电子技术已经成为电子领域的三大支柱技术之一。开关电源技术则以电力电子学为理论基础，结合磁学、热学、自动控制等学科的知识内容，不断发展起来。也随电力电子技术的发展不断进步，日益广泛地被应用到各个领域。 开关电源是一种采用开关式控制的直流稳定电源，是一种根据不同的需要将电能转换的装置，它以小型、轻量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。另一方面，这种电源目前在技术上还有较大问题有待解决，是当今电子程学中的一个攻克的大课题，深为广大工程技术人员所关注。目前，中国从事开发、生产、服务的最著名的电源企业有华为、中兴、洲际、珠江等，台湾的有台达、侨威、艾克贝尔、帝闻等，还有许多从事电源开发的委员会、研究机构，我们经常可以从有关电源的书籍和杂志上可以看到。目前还有许多大学、院校也开设了与开关电源有关的专业和课程，以便早期投入电源的教育和课题研究。 PC电源是开关电源的一个分支。PC电源从80年代初出现，电源部分的设计采用了当时新兴的开关电源技术，伴随PC的演变而不断发展，约有20年的历史了，它的基本作用就是从供电电网中获取能量然后转变为适合PC使用的低压直流电能，同时完成必要的安全隔离功能。PC电源采用了PWM方式的开关变换技术，从电网获取的能量要经过整流、滤波、斩波、降压、再整流、滤波等转换过程，并采用负反馈技术使得输出电压保持稳定。相比较线性电源具有体积小、效率高的优点。PC电源大体包括两部分内容，其一是整机集中式的AC/DC电源，特点表现为技术成熟、多输出、完善的保护功能、适合大批量生产和低成本。另一部分是主板上针对负载（CPU、RAM等）的DC/DC变换器部分（例如VRM）。其特点则表现为高集成度、高效率和良好的动态特性。 最初的PC处理器大约工作在15MHz，总线速度在1MHz至5MHz之间。与之相配合的电源功率大约有200W，输出+5V、+12V、-5V、-12V，开关频率约为20KHz（现在一般为25~40KHz），采用双极型晶体管，功率密度低于1W/in3。整个电源使用金属外壳（铁或铝），采用风扇作强制风冷散热。 在PC电源发展过程中也出现过一些不同的类型和标准，由早期的AT类发展到ATX类，再发展到现在的ATX12V（P4）类，输出电压由最初的4组增加到6组。这些演变是与PC逐渐发展起来的多样化的电源管理功能、多样化的配置以及PC系统电源总线结构密切相关的。对PC电源来说，IBM PC/AT/XT可能算是最早的工业标准，兼容机概念的流行使PC电源有一个相对统一的设计，也确立了+5V、+12V、-5V、-12V四组输出电压的电源总线架构。四组输出电压中，+5V无疑充当了最重要的角色，担负了几乎所有逻辑芯片的供电，以适应已经成为工业标准的+5V TTL逻辑电平要求，+12V则主要为机内的马达供电。 ATX的出现是PC电源的一次重大变化。当时适合工业生产的MOS IC工艺已经成熟，逻辑电平容差能力提高。出于解决功耗问题，部分高速和高度集成的IC逻辑电平首先降低并且定位在+3.3V，适应这种变化，ATX电源中增加了+3.3V的主输出。至于+5VSB输出和PS-ON信号的增加则是为了满足PC的“Remote On/Off”、“Keyboard On/Off”等新功能的需要。有关PC电源的规范也逐渐建立并完善起来，典型的被业界接受的是Intel 的《ATX Power Supply Design Guide》和《SFX Power Supply Design Guide》。到现在仍是PC电源设计中最主要的参照。 Intel在推出其新一代Pentium4 CPU时，也相应提出了与系统变化相适应的电源标准,也就是《ATX/ATX12V Power Supply Design Guide》。“ATX12V”被作为ATX系列电源中的“superset”（扩展）。相比较ATX来看，ATX12V电源有以下两个明显变化（具体请看“P4电源基本知识介绍”）： 增大的+12V输出能力。主板上的CPU、Chipset等有自身特定的工作电压，需要依赖VRM或是本地DC/DC来供给，随着IC功率的上升，使用+12V来为这些部分供电要比使用+5V或+3.3V易于传递更大功率并有更高的传输效率。