個(gè)人PC電源稱之為開關(guān)電源(Switching Mode Power Supplies，簡(jiǎn)稱SMPS)，下面將會(huì)為您解讀PC開關(guān)電源的工作模式和原理、開關(guān)電源內(nèi)部的元器件的介紹以及這些元器件的功能。

下圖3和4描述的是開關(guān)電源的PWM反饋機(jī)制。圖3描述的是沒有PFC(Power Factor Correction，功率因素校正) 電路的廉價(jià)電源，圖4描述的是采用主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)的中高端電源。

圖3：沒有PFC電路的電源

圖4：有PFC電路的電源

通過(guò)圖3和圖4的對(duì)比我們可以看出兩者的不同之處：一個(gè)具備主動(dòng)式PFC電路而另一個(gè)不具備，前者沒有110/220 V轉(zhuǎn)換器，而且也沒有電壓倍壓電路。下文我們的重點(diǎn)將會(huì)是主動(dòng)式PFC電源的講解。

為了能夠更好的理解電源的工作原理，以上我們提供的是非?；镜膱D解，圖中并未包含其他額外的電路，比如說(shuō)短路保護(hù)、待機(jī)電路以及PG信號(hào)發(fā)生器等等。當(dāng)然了，如果您還想了解一下更加詳盡的圖解，請(qǐng)看圖5。如果看不懂也沒關(guān)系，因?yàn)檫@張圖本來(lái)就是為那些專業(yè)電源設(shè)計(jì)人員看的。

圖5：典型的低端ATX電源設(shè)計(jì)圖

你可能會(huì)問(wèn)，圖5設(shè)計(jì)圖中為什么沒有電壓整流電路?事實(shí)上，PWM電路已經(jīng)肩負(fù)起了電壓整流的工作。輸入電壓在經(jīng)過(guò)開關(guān)管之前將會(huì)再次校正，而且進(jìn)入變壓器的電壓已經(jīng)成為方形波。所以，變壓器輸出的波形也是方形波，而不是正弦波。由于此時(shí)波形已經(jīng)是方形波，所以電壓可以輕而易舉的被變壓器轉(zhuǎn)換為DC直流電壓。也就是說(shuō)，當(dāng)電壓被變壓器重新校正之后，輸出電壓已經(jīng)變成了DC直流電壓。這就是為什么很多時(shí)候開關(guān)電源經(jīng)常會(huì)被稱之為DC-DC轉(zhuǎn)換器。

饋送PWM控制電路的回路負(fù)責(zé)所有需要的調(diào)節(jié)功能。如果輸出電壓錯(cuò)誤時(shí)，PWM控制電路就會(huì)改變工作周期的控制信號(hào)以適應(yīng)變壓器，最終將輸出電壓校正過(guò)來(lái)。這種情況經(jīng)常會(huì)發(fā)生在PC功耗升高的時(shí)，此時(shí)輸出電壓趨于下降，或者PC功耗下降的時(shí)，此時(shí)輸出電壓趨于上升。

電源內(nèi)部揭秘

當(dāng)你第一次打開一臺(tái)電源后(確保電源線沒有和市電連接，否則會(huì)被電到)，你可能會(huì)被里面那些奇奇怪怪的元器件搞得暈頭轉(zhuǎn)向，但是有兩樣?xùn)|西你肯定認(rèn)識(shí)：電源風(fēng)扇和散熱片。

開關(guān)電源內(nèi)部

但是您應(yīng)該很容易就能分辨出電源內(nèi)部哪些元器件屬于一次側(cè)，哪些屬于二次側(cè)。一般來(lái)講，如果你看到一個(gè)(采用主動(dòng)式PFC電路的電源)或者兩個(gè)(無(wú)PFC電路的電源)很大的濾波電容的話，那一側(cè)就是一次側(cè)。

一般情況下，再電源的兩個(gè)散熱片之間都會(huì)安排3個(gè)變壓器，比如說(shuō)圖7所示，主變壓器是最大個(gè)的那顆;中等“體型”的那顆往往負(fù)責(zé)+5VSB輸出，而最小的那顆一般用于PWM控制電路，主要用于隔離一次側(cè)和二次側(cè)部分(這也是為什么在上文圖3和圖4中的變壓器上貼著“隔離器”的標(biāo)簽)。有些電源并不把變壓器當(dāng)“隔離器”來(lái)用，而是采用一顆或者多顆光耦(看起來(lái)像是IC整合芯片)，也即說(shuō)采用這種設(shè)計(jì)方案的電源只有兩個(gè)變壓器——主變壓器和輔變壓器。

電源內(nèi)部一般都有兩個(gè)散熱片，一個(gè)屬于一次側(cè)，另一個(gè)屬于二次側(cè)。如果是一臺(tái)主動(dòng)式PFC電源，那么它的在一次側(cè)的散熱片上，你可以看到開關(guān)管、PFC晶體管以及二極管。這也不是絕對(duì)的，因?yàn)橐灿行S商可能會(huì)選擇將主動(dòng)式PFC組件安裝到獨(dú)立的散熱片上，此時(shí)在一次側(cè)會(huì)有兩個(gè)散熱片。

在二次側(cè)的散熱片上，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有一些整流器，它們看起來(lái)和三極管有點(diǎn)像，但事實(shí)上，它們都是有兩顆功率二極管組合而成的。

在二次側(cè)的散熱片旁邊，你還會(huì)看到很多電容和電感線圈，共同共同組成了低壓濾波模塊——找到它們也就找到了二次側(cè)。

區(qū)分一次側(cè)和二次側(cè)更簡(jiǎn)單的方法就是跟著電源的線走。一般來(lái)講，與輸出線相連的往往是二次側(cè)，而與輸入線相連的是一次側(cè)(從市電接入的輸入線)。

區(qū)分一次側(cè)和二次側(cè)

以上我們從宏觀的角度大致介紹了一下一臺(tái)電源內(nèi)部的各個(gè)模塊。下面我們細(xì)化一下，將話題轉(zhuǎn)移到電源各個(gè)模塊的元器件上來(lái)……

EMC電路解析

市電接入PC開關(guān)電源之后，首先進(jìn)入濾波電路，也就是我們常說(shuō)的EMI電路。下圖描述的是一臺(tái)PC電源的“推薦的”的濾波電路的電路圖。

為什么要強(qiáng)調(diào)是“推薦的”的呢?因?yàn)槭忻嫔虾芏嚯娫矗绕涫堑投穗娫?，往往?huì)省去圖中的一些元器件。所以說(shuō)通過(guò)檢查EMI電路是否有縮水就可以來(lái)判斷你的電源品質(zhì)的優(yōu)劣。

EMI電路電路的主要部件是MOV (l Oxide Varistor，金屬氧化物壓敏電阻)，或者壓敏電阻(圖中RV1所示)，負(fù)責(zé)抑制市電瞬變中的尖峰。MOV元件同樣被用在浪涌抑制器上(surge suppressors)。盡管如此，許多低端電源為了節(jié)省成本往往會(huì)砍掉重要的MOV元件。對(duì)于配備MOV元件電源而言，有無(wú)浪涌抑制器已經(jīng)不重要了，因?yàn)殡娫匆呀?jīng)有了抑制浪涌的功能。

圖中的L1 and L2是共模電感;C1 and C2為Y電容，C3是金屬化聚酯電容，通常容量為100nF、470nF或680nF，也叫“X”電容;

X電容可以任何一種和市電并聯(lián)的電容;Y電容一般都是兩兩配對(duì)，需要串聯(lián)連接到火、零之間并將兩個(gè)電容的中點(diǎn)通過(guò)機(jī)箱接地。也就是說(shuō)，它們是和市電并聯(lián)的。

濾波電路不僅可以起到給市電濾波的作用，而且可以阻止開關(guān)管產(chǎn)生的噪聲干擾到同在一根市電上的其他電子設(shè)備。

一起來(lái)看幾個(gè)實(shí)際的例子。如圖9所示，你能看到一些奇怪之處嗎?這個(gè)電源居然沒有濾波電路!這是一款低廉的“山寨”電源。請(qǐng)注意，看看電路板上的標(biāo)記，濾波電路本來(lái)應(yīng)該有才對(duì)，但是。。。。。

再看下圖實(shí)物所示，這是一款具備濾波電路的低端電源，但是正如我們看到的那樣，這款電源的濾波電路省去了重要的MOV壓敏電阻;不過(guò)這款電源配備了一個(gè)額外的X電容。

濾波電路分為一級(jí)EMI和二級(jí)EMI，很多電源的一級(jí)EMI往往會(huì)被安置在一個(gè)獨(dú)立的PCB板上，靠近市電接口部分，二級(jí)EMI則被安置在電源的主PCB板上，如下圖11和12所示。

一級(jí)EMI配備了一個(gè)X電容和一個(gè)共模電感

再看這款電源的二級(jí)EMI。在這里我們能看到MOV壓敏電阻，盡管它的安置位置有點(diǎn)奇怪，位于第二個(gè)共模電感的后面?？傮w而言，應(yīng)該說(shuō)這款電源的EMI電路是非常完整的。

完整的二級(jí)EMI

此外，這款電源的濾波電路還配備了保險(xiǎn)管。需要注意了，如果你發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)管內(nèi)的保險(xiǎn)絲已經(jīng)燒斷了，那么可以肯定的是，電源內(nèi)部的某個(gè)或者某些元器件是存在缺陷的。如果此時(shí)更換保險(xiǎn)管的話是沒有用的，當(dāng)你開機(jī)之后很可能再次被燒斷。

倍壓器和一次側(cè)整流電路

●倍壓器和一次側(cè)整流電路

上文已經(jīng)說(shuō)過(guò)，開關(guān)電源主要包括主動(dòng)式PFC電源和被動(dòng)式PFC電源，后者沒有PFC電路，但是配備了倍壓器(voltage doubler)。倍壓器采用兩顆大的電解電容，也就是說(shuō)，如果你在電源內(nèi)部看到兩顆大號(hào)電容的話，那基本可以判斷出這就是電源的倍壓器。前面我們已經(jīng)提到，倍壓器只適合于127V電壓的地區(qū)。

兩顆大的電解電容組成的倍壓器

拆下來(lái)看看

在倍壓器的一側(cè)可以看到整流橋。整流橋可以是由4顆二極管組成，也可以是有單個(gè)元器件組成，如圖所示。高端電源的整流橋一般都會(huì)安置在專門的散熱片上。

在一次側(cè)部分通常還會(huì)配備一個(gè)NTC熱敏電阻——一種可以根據(jù)溫度的變化改變電阻值的電阻器。NTC熱敏電阻是Negative Temperature Coefficient的縮寫形式。

主動(dòng)式PFC電路

●主動(dòng)式PFC電路

毫無(wú)疑問(wèn)，這種電路僅可以在配有主動(dòng)PFC電路的電源中才能看到。下圖描述的是典型的PFC電路：

主動(dòng)式PFC電路圖

主動(dòng)式PFC電路通常使用兩個(gè)功率MOSFET開關(guān)管。這些開關(guān)管一般都會(huì)安置在一次側(cè)的散熱片上。為了易于理解，我們用在字母標(biāo)記了每一顆MOSFET開關(guān)管：S表示源極(Source)、D表示漏極(Drain)、G表示柵極(Gate)。

PFC二極管是一顆功率二極管，通常采用的是和功率晶體管類似的封裝技術(shù)，兩者長(zhǎng)的很像，同樣被安置在一次側(cè)的散熱片上，不過(guò)PFC二極管只有兩根針腳。

PFC電路中的電感是電源中最大的電感;一次側(cè)的濾波電容是主動(dòng)式PFC電源一次側(cè)部分最大的電解電容。圖16中的電阻器是一顆NTC熱敏電阻，可以更加溫度的變化而改變電阻值，和二級(jí)EMI的NTC熱敏電阻起相同的作用。

主動(dòng)式PFC控制電路通常基于一顆IC整合電路，有時(shí)候這種整合電路同時(shí)會(huì)負(fù)責(zé)控制PWM電路(用于控制開關(guān)管導(dǎo)通與截至)。

在下圖中，我們將一次側(cè)的散熱片去除之后可以更好的看到元器件。左側(cè)是瞬變?yōu)V波電路的二級(jí)EMI電路，上文已經(jīng)詳細(xì)介紹過(guò);再看左側(cè)，全部都是主動(dòng)式PFC電路的組件。由于我們已經(jīng)將散熱片去除，所以在圖片上已經(jīng)看不到PFC晶體管以及PFC二極管了。此外，稍加留意的話可以看到，在整流橋和主動(dòng)式PFC電路之間有一個(gè)X電容(整流橋散熱片底部的棕色元件)。

主動(dòng)式PFC元器件

一次側(cè)散熱片上的元件。這款電源配備了兩個(gè)MOSFET開關(guān)管和主動(dòng)式PFC電路的功率二極管：

目前最流行的兩種模式：雙管正激(two-transistor forward)和全橋式(push-pull)設(shè)計(jì)，兩者均使用了兩顆開光管。

以下是這五種模式的設(shè)計(jì)圖：

單端正激(Single-transistor forward configuration)

雙管正激(Two-transistor forward configuration)

半橋(Half bridge configuration)

全橋(Full bridge configuration)

推挽(Push-pull configuration)

●變壓器和PWM控制電路

先前我們已經(jīng)提到，PC電源一般都會(huì)配備2~ 3個(gè)變壓器：個(gè)頭最大的那顆是主變壓器，它的一次側(cè)與開關(guān)管相連，二次側(cè)與整流電路與濾波電路相連，可以提供電源的低壓直流輸出(+12V，+5V，+3.3V，-12V，-5V)。

最小的那顆變壓器負(fù)載+5VSB輸出，通常也成為待機(jī)變壓器，隨時(shí)處于“待命狀態(tài)”，因?yàn)檫@部分輸出始終是開啟的，即便是PC電源處于關(guān)閉狀態(tài)也是如此。

第三個(gè)變壓器室隔離器，將PWM控制電路和開關(guān)管相連。并不是所有的電源都會(huì)裝備這個(gè)變壓器，因?yàn)橛行╇娫赐鶗?huì)配備具備相同功能的光耦整合電路。

PWM控制電路基于一塊整合電路---TL494整合電路(下圖采用的是可兼容的DBL494整合芯片)。具備主動(dòng)式PFC電路的電源里，有時(shí)候也會(huì)采用一種用來(lái)取代PWM芯片和PFC控制電路的芯片。CM6800芯片就是一個(gè)很好的例子，它可以很好的集成PWM芯片和PFC控制電路的所有功能。

●二次側(cè)

最后要介紹的是二次側(cè)。在二次側(cè)部分，主變壓器的輸出將會(huì)被整流和過(guò)濾，然后輸出PC所需要的電壓。-5 V和–12 V的整流是只需要有普通的二極管就能完成，因?yàn)樗麄儾恍枰吖β屎痛箅娏?。不過(guò)+3.3 V, +5 V以及+12 V等正壓的整流任務(wù)需要由大功率肖特基整流橋才行。這種肖特基有三個(gè)針腳，外形和功率二極管比較相似，但是它們的內(nèi)部集成了兩個(gè)大功率二極管。二次側(cè)整流工作能否完成是由電源電路結(jié)構(gòu)決定，一般有可能會(huì)有兩種整流電路結(jié)構(gòu)，如下圖所示：