電源供應器110V / 220V切換開關的討論

wish

其實要談這個話題之前，必須先對整流電路做一個說明，了解了再講這個比較洽當，但是整流電路在舊文中已經有了，不清楚的朋友可以先看舊文後再來看這篇。
沒有PFC的ATX電源供應器後方都有一個110V/220V的切換開關，不知道大家有沒有想過它的原理？這次我們來探討這個問題，當中我也會穿插照片給大家看，有圖為輔，大家應該會更加了解。

我們先從橋式整流的基本電路開始吧！
圖︰ATX_1



上圖是一個橋式整流的基本電路，如果我問大家，交流輸入為220V，那C1上的電壓應該為多少？相信大家都會回答約300V(220*1.414=311)，要注意的是，這個電壓是峰值。
那如果要用一個開關做110V/200V切換的話，那我們要怎麼做呢？大家想一下，以上圖為例，如果你改用110V輸入，那C1上的電壓變成多少？當然是約150V嘛(110*1.414=155)！是的！就是因為用110V會少了一半的電壓，所以我們要讓切換開關位置在110V時，可以升壓到300V，這樣才可以正常的工作。想法很簡單，但是要如何實現呢(千萬不要告訴我在電源供應器前，加一個隔離變壓器喔！)？大家有沒有注意到，沒有PFC的電源供應器一定有兩個電容，這兩個電容器就是答案。
我們把上面的圖改一下︰
圖︰ATX_2



大家覺得上面那兩張圖除了多一個電容器外有什麼差別？沒有差別，只是如果只用一個電容器，它的耐壓值要用到400V才安全，但是多串了一個電容器，電容器的耐壓可以只用到200V就可以了。我們再把圖改一下︰
圖︰ATX_3



上圖這樣就可以實現110V/220V切換的功能了。
大家看上圖，如果AC輸入是220V，而SW是在打開(OFF)的位置，那C1與C2上的電壓總和是不是300V？這應該沒問題才對。
但是如果輸入電壓是110V，而SW也是打開(OFF)狀態，那C1與C2上的電壓總和是則只有剩下150V，這時電源供應器因為電壓太低，是不會工作的。
那我們把SW閉合(ON狀態)，輸入電壓也是110V時，橋式整流器就發生變化了，大家看下圖︰
圖︰ATX_4



綠色為當輸入電壓為正半波的電流走向，橙色為當輸入電壓為負半波時的電流走向，大家先看一次。
大家有沒有發現，當正半波時，橋式整流器只有用到D1，而當負半波時，橋式整流器則只有用到D4，也就是橋式整流器裡面四支整流二極體只用到兩支。
了解了嗎？原來當開關切在110V位置時，它只有剩下半波整流的效用而已，所以，當SW切在110V處時，事實上電路已經被更改為半波整流，而這兩個電容器應該稱為倍壓器。

紙上談兵過後，我們來實驗一下比較有印象。

因為直接從220V做實驗比較危險，所以我用一個小變壓器來模擬，請看下圖︰
圖︰01



上圖中的小變壓器是多繞組的，我只要用它的0V與3V這組，這組3V就表示220V輸入，再來我用一個橋式整流器整流，並將0V與3V接橋式整流器的交流輸入端，直流輸出端則串聯兩支10K電阻，為什麼要用電阻而不用電容？因為用電容就有濾波功能，而看不到波形了，最後把示波器的探棒接在橋式整流器直流輸出的正端與負端，這時示波器顯示的波型就如下圖︰
圖︰02



這不是正弦波喔！它叫做脈動直流，請注意看上圖中右邊有一個我標上的紅色圓圈，它裡面有一個箭頭，它是示波器的底線(0電位)，證明它不是交流電壓了。
接著示波器探棒的正端不動，負端接往兩支電阻交接處，或示波器探棒的負端不動，正端接往兩支電阻的交接處，則波形變成下圖︰
圖︰03



圖︰04



圖︰05



果然電壓少一半了，也就是兩支電阻上電壓值的和，等於圖︰02。接著我在變壓器的0V與兩支電阻的交接處接一條導線，這條導線就是110V/220V的切換開關。如下圖︰
圖︰06



這時波形變成下面這樣了。
圖︰07



如果從一開始你有看明白，這時候你應該很清楚了。原來110V/220V的切換開關就是那條黃色導線，而且接了這條導線後就變成半波整流了，而且電壓也因為倍壓器而變高一倍。

如果沒有示波器，我們也可以用三用電錶實驗一下，但是沒有波形可以看，只能從電壓高低研判。
我把電阻改成兩個電容器(就是C1與C2)，下面的照片因為拍的太高，沒有拍到電容比較抱歉！
圖︰08



上面顯示的電壓是4.xV，我再把那條黃色導線接上︰
圖︰09



哇！變成7.xV了。所以當我們切入這個開關時，而輸入電壓降低一倍(110V)，C1與C2上的電壓總和仍然還是300V。
看到這裡不知道大家了解那個開關的用途了嗎？

最後我要講上次那篇，樹昌CS-300電源供應器無5VSB維修實例的例子，我們先看一下當時我拍的照片︰
圖︰A1



圖︰A2



上面右邊那兩個紅色圓圈就是110V/220V切換開關的位置，圖A2那兩個紅色圓圈的二極體就是短路故障的二極體，我把它換為1N5407，它是3A的比較耐用，大家有沒有想過為什麼會電光一閃？我再畫一張圖給大家看一下︰
圖︰ATX_5



大家對照綠色箭頭，因為D1短路了，所以等於C1並上了110V市電，這下不電光一閃才怪，不過為什麼連D3也一起短路了？我一時也想不出所以然。修理東西也好，研究電路也罷，我們應該要有追根究底的精神，而不是修好就好了，當然有的故障問題是無解的。

再來有人提到偷料的問題，到底是不是用四支二極體算偷料，而使用橋式整流器才不算偷料，這個問題我想並不是這樣，橋式整流器裡面也是四支二極體組成，用四支二極體的費用不見得比一個橋式整流器便宜，這要看是用那一種廠牌及型號，其實用四支二極組成也有好處，如果只壞一支或兩支，那你只要換壞的部份即可，但是如果用橋式整流器，那你就整個換掉了。

pemit

超詳細的教學~ 推一個
以前都不知道為什麼會有兩個大電容. 當時想說用一個不是比較省料嗎!?
原來就是用來切換110V/220V 用的
看了這篇文之後整個豁然開朗. 真是太感謝Wish 大了n_149|

不過還是有一點小疑慮, 望請W 大解解惑, 黃色導線如範例所示是接在變壓器
0V 那如果接在3V 是不是也是同樣的效果(交流電應該沒有分正負)

BIG_OLD_2

類似補蚊燈的線路

wish

回復 2# pemit

正確答案！不管你是接0V或3V都沒有影響。

poolking

為什麼以前上課時都聽不懂的東西，現在看來好像就簡單了許多呢？
wish大的講解功力真不是蓋的。

翔雲

感謝wish大詳細的圖文解說
終於又對電源供應器進一步了解

jeanshyen

以前對這個好奇有研究過 !!

得到了結論是 , 電源供應器最後使用 DC 310 V 左右的電壓 !!

當使用 ac 220  經整流後得 到 dc 310 v  

而使用 ac 110 經整流倍壓後 也是 dc 310 v

所以如果你插上 ac 220v 的電 , 但是 sw 卻切在 110v 的位置 !!

則最後 dc 會是 620 v 左右  ,  而使元件超過了耐壓 !!!

就會 爆 爆  爆  ~~~   可能不只會是電光一閃而已 !!

近身騎士

原來被動式PFC 之所以會有電壓切換開關和兩顆高耐壓電容串連的原因是這樣啊
因為有看過有的POWER只有一顆高耐壓電容的
謝謝WISH大大的詳細圖文解說這電路的功能和其工作原理，讓小弟獲益良多
這篇是經典的文章啊~

a471

如果大電容壞了而用不到220V就可以移植一顆過來用囉?

s10274chen

w大您負半周的路徑好像畫錯了？n_079|
這是220V時的電流流向圖，紅色為正半周路徑，綠色為負半周路徑。開關是處於off的狀態，也就是open開路。

這是110V時的電流流向圖，同樣的，紅色為正半周路徑，綠色為負半周路徑。開關是處於on的狀態，也就是short開路。

wish

回復 10# s10274chen

你再仔細看一次，我有畫錯嗎？第四張圖我只有畫110V，並沒有畫220V。

s10274chen

回覆 11# wish

啊！w大，我看懂您畫的意思了！並沒有畫錯，是不是表示的方式是「逆向思考」，其實路徑還是對的。n_122|

jimpo

這是切換式的 110/220電壓，若那種 110~240v不需切換的萬國電源，是怎樣的工作電路呢?這兩種電壓輸入方是在我們手上的電源供應器裡經常都會碰到，懇請 wish大大能繼續開釋指導。

wish

回復 12# s10274chen

我知道以你的程度來說，應該只是一時看花，再想一下你就會了解。

wish

回復 13# jimpo

這部份的資料我記得有人貼過，除非貼過的資料講解不清楚，否則你應該先找舊文。

wish

回復 9# a471

不是這個意思，你再重新看一次。
如果使用的場合只有220V，則只要一個電容即可，但是那個電容耐壓要400V才安全，而且由於使用220V，所以橋式整流器就處於全波整流工作，自然效率就比110V的半波整流好很多。

假設同一公司，也同一等級的電容器，一個470uF/400V的價錢，跟兩個470uF/200V的價錢比起來，應該是後者比較貴才對。

atun

努力吸收！感謝神明指點迷津:sam30

jean9559

wish大的講解功力真不是蓋的
終於對電源供應器進一步了解.....^ ^

jeanshyen

回復  a471

不是這個意思，你再重新看一次。
如果使用的場合只有220V，則只要一個電容即可，但是那個電容 ...
wish 發表於 2010-10-9 05:32 PM http://bbs.pigoo.com/images/common/back.gif

同等級同容量的電容 應該是耐壓大的比較費吧 ???

midole

w大: 我雞婆一下,模擬電路給各位看一下
電容正常時


電容異常時



用兩顆電容時(電源220vac)



加入開關時(電源220vac)



電源110vac (開關在220位置)



電源110vac (開關在110位置)

yuchiuan

沒想過的問題原來這麼深奧歐... 這倍壓效果全仰賴電容的蓄電能力,那麼電容異常時候 就有可能達不到300v的被壓效果嗎?
圖6的波型是不是怪怪的.....這樣的測量結果應該只會有一半的電壓???

gi0001tw

讚！讚讚！簡單的電路，卻妙用無窮！
還有一種電源供應器不用切換就可以使用110/220V的不知是怎麼作到的？

港都狼仔

1.於115V倍壓整流段時整流效率會略差，230V段因為電容串聯，其總容值減半。
2.不用切換電壓的有三種，一是採主動PFC，其交流輸入經整流後都會提高到380VDC給一次側，所以為全域輸入(full range)，交流輸入越高其APFC電路損失就越小；二是採自動偵測，使用一閘流體搭配電壓偵測電路，當輸入電壓於115V範圍時自動將橋整切成倍壓整流模式，一般會標示自動選擇(auto select)；三是小於100w的電源，當輸入電壓高時將改變脈波頻率(RCC自激式)或是改變任務週期(他激式返馳)。

Axel

感謝阿! 真是深入簡出的入門講解
連我這個行仔外的都看得懂:sam30

Dave

哇超受用的教學，讓我吸收不少，我一直以為那個開關是作一個並串聯切換.n_043|

jeanshyen

哇超受用的教學，讓我吸收不少，我一直以為那個開關是作一個並串聯切換. ...
Dave 發表於 2010-10-11 01:46 PM http://bbs.pigoo.com/images/common/back.gif

以前我的想法跟你一樣 !!

而且試著畫出電路圖 , 但發現連接到切換開關 , 跟本沒辦法用兩條線 達成 串並聯 !!

至少要用到五條線才可達成 !!!

如圖所示 :

klee

半橋式的電路架構,只用一個濾波電容,應該無法達成吧

港都狼仔

如果把ASYMMETRIC HALF-BRIDGE算進去的話，一次側只有一個濾波電容也可以達成

man188

所以採220v供應的可吃到全波整流,那是不是以220v輸入會比110V輸入來的好?
110V是半波整流在經電容倍壓,
哇這些東西如果沒有查資料且一再的讀怎麼會這麼快就了解
W大沒當老師真是可惜~~

港都狼仔

所以採220v供應的可吃到全波整流,那是不是以220v輸入會比110V輸入來的好?
110V是半波整流在經電容倍壓,
man188 發表於 2010-10-17 10:44 PM http://bbs.pigoo.com/images/common/back.gif

是，使用220V輸入，電源效率會較高，尤其是APFC及大瓦數機種更明顯