个人PC所采取的电源都是基于一种名为“开关模式”的技能，以是我们常常会将个人PC电源称之为——开关电源 （Switching Mode Power Supplies，简称SMPS），它还有一个外号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的事情模式和事理、开关电源内部的元器件的介 绍以及这些元器件的功能。
●线性电源知多少
目前紧张包括两种电源类型：线性电源（linear）和开关电源（switching）。线性电源的事情事理是首先将127 V或者220 V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经由转换后的低压依然是AC互换电；然后再通过一系列的二极管进行纠正和整流，并将低压AC互换电转化为 脉动电压（配图1和2中的“3”）；
下一步须要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经由滤波后的低压互换电转换成DC直流电（配图1和2中的 “4”）；此时得到的低压直流电依然不足纯净，会有一定的颠簸（这种电压颠簸便是我们常说的纹波），以是还须要稳压二极管或者电压整流电路进行纠正。最 后，我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了（配图1和2中的“5”）
图1 标准的线性电源设计图
图2 线性电源的波形
只管说线性电源非常适宜为低功耗设备供电，比如说无绳电话、PlayStation/Wii/Xbox等游戏主机等等，但是对付高功耗设备而言，线性电源将会力不从心。
对付线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：也即说如果输入市电的频率越低时，线性电源就须要越大的电容和变压器， 反之亦然。由于当前一贯采取的是60Hz（有些国家是50Hz）频率的AC市电，这是一个相对较低的频率，以是其变压器以及电容的个头每每都相比拟较大。此外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。
由此可见，对付个人PC领域而言，制造一台线性电源将会是一件猖獗的举动，由于它的体积将会非常大、重量也会非常的重。以是说个人PC用户并不适宜用线性电源。
●开关电源知多少
开关电源可以通过高频开关模式很好的办理这一问题。对付高频开关电源而言，AC输入电压可以在进入变压器之前升压（升压前一样平常是50-60 KHz）。
随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设 备所须要的。
须要解释的是，我们常常所说的“开关电源”实在是“高频开关电源”的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。
事实上，终端用户的PC的电源采取的是一种更为优化的方案：闭回路系统（closed loop system）——卖力掌握开关管的电路，从电源的输出得到反馈旗子暗记，然后根据PC的功耗来增加或者降落某一周期内的电压的频率以便能够适应电源的变压器 （这个方法称作PWM，Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）。
以是说，开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调度，从而可以让变压器以及其他的元器件带走更少 量的能量，而且降落发热量。
反不雅观线性电源，它的设计理念便是功率至上，即便负载电路并不须要很大电流。这样做的后果便是所有元件即便非必要的时候也事情在满负荷下，结果产生高很多的热量。
二、看图说话：图解开关电源
下图3和4描述的是开关电源的PWM反馈机制。图3描述的是没有PFC(Power Factor Correction，功率成分校正) 电路的廉价电源，图4描述的是采取主动式PFC设计的中高端电源。
图3：没有PFC电路的电源
图4 有PFC电路的电源
通过图3和图4的比拟我们可以看出两者的不同之处：一个具备主动式PFC电路而另一个不具备，前者没有110/220 V转换器，而且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式PFC电源的讲解。
为了让读者能够更好的理解电源的事情事理，以上我们供应的是非常基本的图解，图中并未包含其他额外的电路，比如说短路保护、待机电路以及PG信 号发生器等等。当然了，如果您还想理解一下更加详尽的图解，请看图5。如果看不懂也没紧要，由于这张图本来便是为那些专业电源设计职员看的。
图5 范例的低端ATX电源设计图(图片可能不太清晰建议大家拖出来看)
你可能会问，图5设计图中为什么没有电压整流电路？事实上，PWM电路已经肩负起了电压整流的事情。输入电压在经由开关管之前将会再次校正，而 且进入变压器的电压已经成为方形波。以是，变压器输出的波形也是方形波，而不是正弦波。由于此时波形已经是方形波，以是电压可以轻而易举的被变压器转换为 DC直流电压。
也便是说，当电压被变压看重新校正之后，输出电压已经变成了DC直流电压。这便是为什么很多时候开关电源常常会被称之为DC-DC转换器。
馈送PWM掌握电路的回路卖力所有须要的调节功能。如果输出电压缺点时，PWM掌握电路就会改变事情周期的掌握旗子暗记以适应变压器，终极将输出电压校正过来。这种情形常常会发生在PC功耗升高的时，此时输出电压趋于低落，或者PC功耗低落的时，此时输出电压趋于上升。
在看下一页时，我们有必要理解一下以下信息：
★在变压器之前的所有电路及模块称为“primary”（一次侧），在变压器之后的所有电路及模块称为“secondary”（二次侧）；
★采取主动式PFC设计的电源不具备110 V/ 220 V转换器，同时也没有电压倍压器；
★对付没有PFC电路的电源而言，如果110 V / 220 V被设定为110 V时，电流在进入整流桥之前，电源本身将会利用电压倍压器将110 V提升至220 V旁边；
★PC电源上的开关管由一对功率MOSFET管构成，当然也有其他的组合办法，之后我们将会详解；
★变压器所需波形为方形波，以是通过变压器后的电压波形都是方形波，而非正弦波；
★PWM掌握电流每每都是集成电路，常日是通过一个小的变压器与一次侧隔离，而有时候也可能是通过耦合芯片（一种很小的带有LED和光电晶体管的IC芯片）和一次侧隔离；
★PWM掌握电路是根据电源的输出负载情形来掌握电源的开关管的闭合的。如果输出电压过高或者过低时，PWM掌握电路将会改变电压的波形以适应开关管，从而达到校★正输出电压的目的；
下一页我们将通过图片来研究电源的每一个模块和电路，通过实物图形象的见告你在电源中何处能找到它们。
三、看图说话：电源内部揭秘
当你第一次打开一台电源后（确保电源线没有和市电连接，否则会被电到），你可能会被里面那些奇奇怪怪的元器件搞得晕头转向，但是有两样东西你肯定认识：电源风扇和散热片。
开关电源内部
但是您该当很随意马虎就能分辨出电源内部哪些元器件属于一次侧，哪些属于二次侧。一样平常来讲，如果你看到一个（采取主动式PFC电路的电源）或者两个（无PFC电路的电源）很大的滤波电容的话，那一侧便是一次侧。
一样平常情形下，在电源的两个散热片之间都会安排3个变压器，比如说图7所示，主变压器是最大个的那颗；中等“体型”的那颗每每卖力+5VSB输 出，而最小的那颗一样平常用于PWM掌握电路，紧张用于隔离一次侧和二次侧部分（这也是为什么在上文图3和图4中的变压器上贴着“隔离器”的标签）。有些电源 并不把变压器当“隔离器”来用，而是采取一颗或者多颗光耦（看起来像是IC整合芯片），也即说采取这种设计方案的电源只有两个变压器——主变压器和辅变压 器。
电源内部一样平常都有两个散热片，一个属于一次侧，另一个属于二次侧。如果是一台主动式PFC电源，那么它的在一次侧的散热片上，你可以看到开关 管、PFC晶体管以及二极管。这也不是绝对的，由于也有些厂商可能会选择将主动式PFC组件安装到独立的散热片上，此时在一次侧会有两个散热片。
在二次侧的散热片上，你会创造有一些整流器，它们看起来和三极管有点像，但事实上，它们都是由两颗功率二极管组合而成的。
在二次侧的散热片阁下，你还会看到很多电容和电感线圈，共同共同组成了低压滤波模块——找到它们也就找到了二次侧。
区分一次侧和二次侧更大略的方法便是随着电源的线走。一样平常来讲，与输出线相连的每每是二次侧，而与输入线相连的是一次侧（从市电接入的输入线）。如图7所示。
区分一次侧和二次侧
以上我们从宏不雅观的角度大致先容了一下一台电源内部的各个模块。下面我们细化一下，将话题转移到电源各个模块的元器件上来……
四、瞬变滤波电路解析
市电接入PC开关电源之后，首先进入瞬变滤波电路（Transient Filtering），也便是我们常说的EMI电路。下图8描述的是一台PC电源的“推举的”的瞬变滤波电路的电路图。
瞬变滤波电路的电路图
为什么要强调是“推举的”的呢？由于市情上很多电源，尤其是低端电源，每每会省去图8中的一些元器件。以是说通过检讨EMI电路是否有缩水就可以来判断你的电源品质的利害。
EMI电路电路的紧张部件是MOV (l Oxide Varistor，金属氧化物压敏电阻)，或者压敏电阻（图8中RV1所示），卖力抑制市电瞬变中的尖峰。MOV元件同样被用在浪涌抑制器上（surge suppressors）。
只管如此，许多低端电源为了节省本钱每每会砍掉主要的MOV元件。对付配备MOV元件电源而言，有无浪涌抑制器已经不主要了， 由于电源已经有了抑制浪涌的功能。
图8中的L1 and L2是铁素体线圈；C1 and C2为圆盘电容，常日是蓝色的，这些电容常日也叫“Y”电容；C3是金属化聚酯电容，常日容量为100nF、470nF或680nF，也叫“X”电容；有 些电源配备了两颗X电容，和市电并联相接，如图8 RV1所示。
X电容可以任何一种和市电并联的电容；Y电容一样平常都是两两配对，须要串联连接到火、零之间并将两个电容的中点通过机箱接地。也便是说，它们是和市电并联的。
瞬变滤波电路不仅可以起到给市电滤波的浸染，而且可以阻挡开关管产生的噪声滋扰到同在一根市电上的其他电子设备。
一起来看几个实际的例子。如图9所示，你能看到一些奇怪之处吗？这个电源居然没有瞬变滤波电路！
这是一款低廉的“山寨”电源。请把稳，看看电路板上的标记，瞬变滤波电路本来该当有才对，但是却被损失良知的黑心JS们带到了市场里。
这款低廉的“山寨”电源没有瞬变滤波电路
再看图10实物所示，这是一款具备瞬变滤波电路的低端电源，但是正如我们看到的那样，这款电源的瞬变滤波电路省去了主要的MOV压敏电阻，而且只有一个铁素体线圈；不过这款电源配备了一个额外的X电容。
低端电源的EMI电路
瞬变滤波电路分为一级EMI和二级EMI，很多电源的一级EMI每每会被安置在一个独立的PCB板上，靠近市电接口部分，二级EMI则被安置在电源的主PCB板上，如下图所示：
一级EMI配备了一个X电容和一个铁素体电感。
再看这款电源的二级EMI。在这里我们能看到MOV压敏电阻，只管它的安置位置有点奇怪，位于第二个铁素体的后面。总体而言，该当说这款电源的EMI电路是非常完全的。
完全的二级EMI
值得一提的是，以上这款电源的MOV压敏电阻是黄色的，但是事实上大部分MOV都是深蓝色的。
此外，这款电源的瞬变滤波电路还配备了保险管（图8中F1所示）。须要把稳了，如果你创造保险管内的保险丝已经烧断了，那么可以肯定的是，电源内部的某个或者某些元器件是存在毛病的。如果此时改换保险管的话是没有用的，当你开机之后很可能再次被烧断。
五、倍压器和一次侧整流电路
●倍压器和一次侧整流电路
上文已经说过，开关电源紧张包括主动式PFC电源和被动式PFC电源，后者没有PFC电路，但是配备了倍压器（voltage doubler）。倍压器采取两颗巨大的电解电容，也便是说，如果你在电源内部看到两颗大号电容的话，那基本可以判断出这便是电源的倍压器。前面我们已经 提到，倍压器只适宜于127V电压的地区。
两颗巨大的电解电容组成的倍压器
拆下来看看
在倍压器的一侧可以看到整流桥。整流桥可以是由4颗二极管组成，也可以是由单个元器件组成，如图15所示。高端电源的整流桥一样平常都会安置在专门的散热片上。
整流桥
在一次侧部分常日还会配备一个NTC热敏电阻——一种可以根据温度的变革改变电阻值的电阻器。NTC热敏电阻是Negative Temperature Coefficient的缩写形式。它的浸染紧张是用来当温度很低或者很高时重新匹配供电，和陶瓷圆盘电容比较相似，常日是橄榄色。
六、主动式PFC电路
●主动式PFC电路
毫无疑问，这种电路仅可以在配有主动PFC电路的电源中才能看到。图16描述的正是范例的PFC电路：
主动式PFC电路图
主动式PFC电路常日利用两个功率MOSFET开关管。这些开关管一样平常都会安置在一次侧的散热片上。为了易于理解，我们用在字母标记了每一颗MOSFET开关管：S表示源极（Source）、D表示漏极（Drain）、G表示栅极（Gate）。
PFC二极管是一颗功率二极管，常日采取的是和功率晶体管类似的封装技能，两者长的很像，同样被安置在一次侧的散热片上，不过PFC二极管只有两根针脚。
PFC电路中的电感是电源中最大的电感；一次侧的滤波电容是主动式PFC电源一次侧部分最大的电解电容。图16中的电阻器是一颗NTC热敏电阻，可以更加温度的变革而改变电阻值，和二级EMI的NTC热敏电阻起相同的浸染。
主动式PFC掌握电路常日基于一颗IC整合电路，有时候这种整合电路同时会卖力掌握PWM电路（用于掌握开关管的闭合）。这种整合电路常日被称为 “PFC/PWM combo”。
照样，先看一些实例。在图17中，我们将一次侧的散热片去除之后可以更好的看到元器件。左侧是瞬变滤波电路的二级EMI电路，上文已经详细先容 过；再看左侧，全部都是主动式PFC电路的组件。
由于我们已经将散热片去除，以是在图片上已经看不到PFC晶体管以及PFC二极管了。此外，稍加留神的话 可以看到，在整流桥和主动式PFC电路之间有一个X电容（整流桥散热片底部的棕色元件）。常日情形下，形状酷似陶制圆盘电容的橄榄色热敏电阻都会有橡胶皮 包裹。
主动式PFC元器件
这是一次侧散热片上的元件。这款电源配备了两个MOSFET开关管和主动式PFC电路的功率二极管：
开关管、功率二极管
下面，我们将重点先容开关管……
七、开关管
●开关管
开关电源的开关逆变器可以有多种模式，我们总结了一下几种情形：
模式
开关管数量
二极管数量
电容数量
变压器针脚
单端正激
1
1
1
4
双管正激
2
2
0
2
半桥
2
0
2
2
全桥
4
0
0
2
推挽
2
0
0
3
当然，我们只是剖析某种模式下到底须要多少元器件，事实上当工程师们在考虑采取哪种模式时还会受到很多成分制约。
目前最盛行的两种模式是双管正激（two-transistor forward）和全桥式（push-pull）设计，两者均利用了两颗开光管。这些被安置在一次侧散热片上的开光管我们已经在上一页有所先容，这里就不做过多赘述。
以下是这五种模式的设计图：
单端正激（Single-transistor forward configuration）
双管正激（Two-transistor forward configuration）
半桥（Half bridge configuration）
全桥（Full bridge configuration）
推挽（Push-pull configuration）
八、变压器和PWM掌握电路
●变压器和PWM掌握电路
先前我们已经提到，PC电源一样平常都会配备3个变压器：个头最大的那颗是之前图3、4和图19-23上标示出来的主变压器，它的一次侧与开关管相连，二次侧与整流电路与滤波电路相连，可以供应电源的低压直流输出（+12V，+5V，+3.3V，-12V，-5V）。
最小的那颗变压器负载+5VSB输出，常日也成为待机变压器，随时处于“待命状态”，由于这部分输出始终是开启的，即便是PC电源处于关闭状态也是如此。
第三个变压器是隔离器，将PWM掌握电路和开关管相连。并不是所有的电源都会装备这个变压器，由于有些电源每每会配备具备相同功能的光耦整合电路。
变压器
这台电源采取的是光耦整合电路，而不是变压器
PWM掌握电路基于一块整合电路。一样平常情形下，没有装备主动式PFC的电源都会采取TL494整合电路（下图26中采取的是可兼容的 DBL494整合芯片）。具备主动式PFC电路的电源里，有时候也会采取一种用来取代PWM芯片和PFC掌握电路的芯片。CM6800芯片便是一个很好的 例子，它可以很好的集成PWM芯片和PFC掌握电路的所有功能。
PWM掌握电路
九、二次侧（一）
●二次侧
末了要先容的是二次侧。在二次侧部分，主变压器的输出将会被整流和过滤，然后输出PC所须要的电压。-5 V和–12 V的整流是只须要有普通的二极管就能完成，由于他们不须要高功率和大电流。
不过+3.3 V, +5 V以及+12 V等正压的整流任务须要由大功率肖特基整流桥才行。这种肖特基有三个针脚，形状和功率二极管比较相似，但是它们的内部集成了两个大功率二极管。二次侧整流 事情能否完成是由电源电路构造决定，一样平常有可能会有两种整流电路构造，如图27所示：
整流模式
模式A更多的会被用于低端入门级电源中，这种模式须要从变压器引出三个针脚。模式B则多用于高端电源中，这种模式一样平常只须要配备两个变压器，但是铁素体电感必须够大才行，以是这种模式本钱较高，这也是为什么低端电源不采取这种模式的紧张缘故原由。
此外，对付高端电源而言，为了提升最大电流输出能力，这些电源每每会采取两颗二极管并联的办法将整流电路的最大电流输出提升一倍。
无论是高端还是低端电源，其+12 V和+5 V的输出都配备了完全的整流电路和滤波电路，以是所有的电源至少都须要2组图27所示的整流电路。
对付3.3V输出而言，有三种选项可供选择：
一是，在+5 V输出部分增加一个3.3V的电压稳压器，很多低端电源都是采取的这种设计方案。
二是，为3.3 V输出增加一个像图27所示的完全的整流电路和滤波电路，但是须要和5 V整流电路共享一个变压器。这是高端电源比较普通的一种设计方案。
三是，采取一个完全的独立的3.3V整流电路和滤波电路。这种方案非常罕见，仅在少数发热级顶级电源中才可能涌现，比如说安耐美的银河1000W。
由于3.3V输出常日是完备公用5V整流电路（常见于低端电源）或者部分共用（常见于高端电源中），以是说3.3V输出每每会受到5V输出的限定。这便是为什么很多电源要在铭牌中注名“3.3V和5V联合输出”。
下图28是一台低端电源的二次侧。这里我们可以看到卖力产生PG旗子暗记的整合电路。常日情形下，低端电源都会采取LM339整合电路。
二次侧
此外，我们还可以看到一些电解电容（这些电容的个头和倍压器或者主动式PFC电路的电容比较要小的多）和电感，这些元件紧张是卖力滤波功能。
为了更清晰的不雅观察这款电源，我们将电源上的飞线以及滤波线圈全部移除，如图29所示。在这里我们能看到一些小的二极管，紧张用于-12 V and –5 V的整流，通过的电流非常小（这款电源只要0.5A）。其他的电压输出的电流至少要1A，这须要功率二极管卖力整流。
–12 V以及–5V负压电路的整流二极管
十、二次侧（二）
●二次侧（2）
下图描述的是低端电源二次侧散热片上的元器件：
二次侧散热片上的元器件
从左至右依次为：
● 稳压器IC芯片——只管它有三个针脚而且看起来和三极管非常相似，但是它却是可IC芯片。这款电源采取的是7805稳压器（5V稳压器），负 责+5VSB的稳压。之前我们已经提到过，+5VSB采取的是独立的输出电路，由于它即便是在PC处于断电状态时依然须要向+5VSB供应+5 V输出。这便是为什么+5VSB输出也常日会被称之为“待机输出”。7805 IC最大可以供应1A的电流输出。
● 功率MOSFET晶体管，紧张卖力3.3V输出。这款电源的MOSFET型号为PHP45N03LT，最大可许可45A的电流利过。上一页我们已经提到，只有低端电源才会采取和5V共享的3.3V稳压器。
● 功率肖特基整流器，由两个二极管整合而成。这款电源的肖特基型号为STPR1620CT，它的每颗二极管最大可许可8A的电流利过（统共为16A）。这种功率肖特基整流器常日被用于12V输出。
● 另一颗功率肖特基整流器。这款电源采取的型号是E83-004，最大可许可60A电流利过。这种功率整流器常被用于+5 V和+ 3.3 V输出。由于+5 V和+ 3.3 V输出采取的是同一个整流器，以是它们的总和不能超过整流器的电流限定。这便是我们常说的联合输出的观点。换句话说便是3.3V输出来自5V输出。和其他 各路输出不同，变压器没有3.3V输出。这种设计常用于低端电源。高端电源一样平常都会采取独立的+3.3 V和+5 V输出。
下面来看看高端电源的二次着重要元件：
高端电源二次侧的元件
高端电源二次侧的元件
这里我们可以看到：
两颗并联的卖力12V输出的功率肖特基整流器。低端电源每每只有一颗这样的整流器。这种设计自然让整流器的最大电流输出翻了一倍。这款电源采取的是两颗STPS6045CW肖特基整流器，每颗最大可运行60A电流利过。
● 一颗卖力5V输出的肖特基整流器。这款电源采取的是STPS60L30CW整流器，最大可许可60A电流利过。
● 一颗卖力3.3V输出的肖特基整流器，这是高端电源和低端电源的紧张差异（低端电源每每没有单独的3.3V输出）。这款电源采取的是STPS30L30CT肖特基，最大可许可30A电流利过。
● 一颗电源保护电路的稳压器。这也是高端电源的象征。
须要指出的是，以上我们所说的最大电流输出是仅仅是相对付单个元器件而言的。一款电源的最大电流输呈现实上要取决于与之相连的很多元器件的品 质，比如说线圈电感、变压器、线材的粗细以及PCB电路板的宽窄等。我们可以通过整流器的最大电流和输出的电压相乘得出电源理论上的最大功率。比如说， 末了一张图中的电源的12V输出最大功率该当为16A12V=192W。
电子元器件采购，找替代芯片，上道合顺大数据
