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電源供應器110V / 220V切換開關的討論

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發表於 2010-10-8 19:04:11 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
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

ATX_1.jpg

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

ATX_2.jpg

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

ATX_3.jpg

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

ATX_4.jpg

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

01[800x600].jpg

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

02[800x600].jpg

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

03[800x600].jpg

圖︰04

04[800x600].jpg

圖︰05

05[800x600].jpg

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

06[800x600].jpg

這時波形變成下面這樣了。
圖︰07

07[800x600].jpg

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

08[800x600].jpg

上面顯示的電壓是4.xV,我再把那條黃色導線接上︰
圖︰09

09[800x600].jpg

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

A1[800x600].jpg

圖︰A2

A2[800x600].jpg

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

ATX_5.jpg

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。

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發表於 2010-10-8 19:41:19 | 顯示全部樓層
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)
發表於 2010-10-8 20:32:07 | 顯示全部樓層
類似補蚊燈的線路
 樓主| 發表於 2010-10-8 21:21:31 | 顯示全部樓層
回復 2# pemit

正確答案!不管你是接0V或3V都沒有影響。
發表於 2010-10-8 21:26:42 | 顯示全部樓層
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。
發表於 2010-10-8 22:03:28 | 顯示全部樓層
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
發表於 2010-10-8 23:33:46 | 顯示全部樓層
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 !!
發表於 2010-10-9 00:09:25 | 顯示全部樓層
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~
發表於 2010-10-9 02:17:31 | 顯示全部樓層
如果大電容壞了而用不到220V就可以移植一顆過來用囉?
發表於 2010-10-9 09:33:47 | 顯示全部樓層
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。
220V.jpg
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。
110v.jpg
 樓主| 發表於 2010-10-9 12:31:33 | 顯示全部樓層
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。
發表於 2010-10-9 13:03:33 | 顯示全部樓層
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|
發表於 2010-10-9 16:27:19 | 顯示全部樓層
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。
 樓主| 發表於 2010-10-9 16:31:45 | 顯示全部樓層
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。
 樓主| 發表於 2010-10-9 16:33:14 | 顯示全部樓層
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。
 樓主| 發表於 2010-10-9 17:32:03 | 顯示全部樓層
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。
發表於 2010-10-9 21:15:08 | 顯示全部樓層
努力吸收!感謝神明指點迷津:sam30
發表於 2010-10-9 22:41:36 | 顯示全部樓層
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.....^ ^
發表於 2010-10-9 23:15:01 | 顯示全部樓層
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 ???
發表於 2010-10-10 00:30:34 | 顯示全部樓層
w大: 我雞婆一下,模擬電路給各位看一下
電容正常時
x1.jpg

電容異常時
x2.jpg


用兩顆電容時(電源220vac)
x3.jpg


加入開關時(電源220vac)
x4.jpg


電源110vac (開關在220位置)
x5.jpg


電源110vac (開關在110位置)
x6.jpg

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發表於 2010-10-10 04:52:57 | 顯示全部樓層
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???
發表於 2010-10-10 10:19:48 | 顯示全部樓層
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?
發表於 2010-10-11 01:47:04 | 顯示全部樓層
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)。

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發表於 2010-10-11 12:01:49 | 顯示全部樓層
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
發表於 2010-10-11 13:46:50 | 顯示全部樓層
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|
發表於 2010-10-11 14:48:02 | 顯示全部樓層
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 :

110-220SW.JPG
發表於 2010-10-13 14:20:18 | 顯示全部樓層
半橋式的電路架構,只用一個濾波電容,應該無法達成吧
發表於 2010-10-13 20:39:24 | 顯示全部樓層
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
發表於 2010-10-17 22:44:57 | 顯示全部樓層
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~~
發表於 2010-10-17 23:44:17 | 顯示全部樓層
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
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