大型游戏机电脑板需要三种供电电源(大型游戏机电源盒):一是+5V电源,主要供CPU、存储器、可编程器件及标准的TTL电路工作;二是+12V电源,供音频功率放大器电路工作;三是-5V电源,多数电脑板不用这组电源。对于几种电源的要求也比较高,一是输出电压变化量要小,不能超过工作电源的5%;二是输出负载能力要强,如+5V电源输出端应能承担7A左右的大电流,最大值应该为10A。对于这种低电压,大电流输出的直流电源,若采用传统的串联稳压电源是很难满足使用要求的。因而广泛采用效率高,体积小的开关型稳压电源(简称开关电源)。
开关稳压电源是70年代以后发展起来的新型直流稳压电源,于串联调整式稳压电源相比较具有体积小、重量轻、效率高、可靠性好等很多优点,因此随着大功率开关器件(如大功率比三极管)工艺成熟,开关电源得到越来越广泛的应用,特别是计算机及数字电路等设备电源中完全取代了串联稳压电源。
上图是开关电源原理方框图,其核心是开关式直流——直流转换器(即开关管)。电网电压经整流滤波,得到脉动的直流电压加到直流——直流转换器的输入端,先把输入波动的直流电压变成具有一定占空比的脉动波形,再通过整流滤波电路输出电压Uo。输出电压Uo的一部分被取样与基准电压比较,得到的误差电压经开关时间控制电路来改变开关管导通和截止时间长短,从而使输出端电压达到所要求的稳定值。
开关电源发展迅速,种类繁多,但根据开关管在电路中的连接形式不同分为:串联型开关电源,并联型开关电源及变压器型开关电源。按稳压控制方式的不同分为:脉宽调制方式和脉冲频率调制方式。按开关电源启动方式不同分为:自激式和它激式两种。自激式与它激式的主要区别在于,在振荡脉冲的形成过程中,开关管本身是否参与脉冲形成电路。
因串联型,并联型开关电源输出端总是以某种方式与输入端相连,使得负载输出端极易与交流电网相连,造成底板带电。对使用者会造成人身安全。为此,在游戏机及其他数字电路设备中多采用变压器型开关稳压电源。
整流电路分析
整流电路的作用是将交流电转换成直流电。在电子电路中是用直流电作为工作电压,可以用电池直接给电路供电,也可以通过电源电路将交流电转变成直流电之后给电路供电,在电源电路中,少不了整流电路。
电源电路中的整流电路主要有以下几种。
1、半波整流电路
这是一种最简单的整流电路,电路中只用一只整流二极管,可以得到正极性的直流翰出电压,也可以得到负极性的直流输出电压。
2、全波整流电路
这种整流电路中要用两只整流二极管,也可以得到正极性或负极性的直流输出电压。
3、桥式整流电路
在上述三种整流电路中这种电路结构最复杂,电路中要用四只整流二极管,也可以得到正极性或负极性的直流输出电压。
4、倍压整流电路
这种整流电路与上述三种整流电路有所不同,它的特点是获得的直流电压比较高,但整流电路输出电流比较小。
关于这一半波整流电路的工作原理,主要说明以下几点。
①电路中,VD:和VD2的极性连接方法不同,VD1的正极接线圈L1 ,VD2的负极接线圈L2所以这是两个能够输出不同极性直流电压的半波整流电路。
②次级线圈L2的输出信号为正半周期间,由于L2的输出电压端Vo1远大于VDl的导通电压,这样正半周交流电压通过VD1加到负载RL1,L1线圈输出交流电压的负半期间,加到VD1正极上的电压为负,使VD1截止,这样VD1不能导通,负载RL1上没有输出电压。一个周期内,只有交流电压的正半周能够加到RL1,这样这一半波整流电路只能输出正半周的单向脉动性直流电压Vu3,见图中Vu3输出电压波形所示。
③另一组次级线圈L2的输出信号为负半周期间,由于L3的输出电压Vo2远大于VD2的导通电压,同时负极性电压加到VD2的负极,这样VD2可以导通,使负半周交流电压通过VD2加到负载RL2,流过负载RL2的电流方向是:I2的下端~RL2~VD2正极~VD1负极一L3上端~线圈L3,形成回路。I2线圈输出交流电压正半周期间,由于加到VD2负极上的电压为正,使VD2截止,这样VD2不能导通,负载RL2上没有输出电压。在一个周期内,只有交流电压的负半周能够加到RL2,这样这一半波整流电路只能输出负半周的单向脉动性直流电压Vo4。见图中Vo4的输出电压波形所示。
④对于这两种半波整流电路,由于VD1和VD2的正、负极连接方式不同,便能够输出不同极性的单向脉冲直流电压。
⑤整流电路输出的单向脉冲性直流电压大小与次级线圈的交流输出电压大小成正比关系。当Vo1电压大时,直流输出电压Vo3大。当交流输出电压Vo1,大于Vo2时,整流电路的输出电压Vo3大于Vo4(指绝对值)。
⑥由于电路中次级线圈L2和L3是两组独立的线圈,这两个整流电路之间不会相互影响,这有利于电路工作的稳定性,有利于提高电路的抗干扰能力。
半波整流只是在交流电的半个周期内工作,因而效果差。如果能够使整流电路在交流电的整个周期内都工作,效果就能大大提高。办法是使用两个相同的半波整流电路,照图1-3那样安排,使两个电路轮流工作半个周期,而让它们整流后的电流用同一方向流经负载。详细原理是这样的:设某一瞬间线圈}L2和L3的电压极性是L2上端A为正,而L2下端“C”为负,这时中心抽头(L2,L3的连接点) B对A是负的,对C则是正的。由图1-3A可以看出,这时D1获得正向电压而处于导通状态,D2则获得反向电压而处于截止状态。D1整流后输出的电流沿箭头指示的方向经过负载流回线圈B点。半周后,线圈L2,L3的电压极性转向,根据同样的原理,可以知道,这时D2处于导通状态,而D1处于截止状态。D2整流后输出的电流沿图1-3B箭头指示的方向也经过负载流回线圈B点。两个半周期中通过负载RL的电流方向是一样的,其合成波形如图1-3C。这样,电路就完成了整流工作。
由于交流电的两个半周期都有整流电路在工作,因此叫做全波整流。