開關(guān)電源上各個電子元件的作用

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以往在采購計算機配件時，電源是最容易被忽視的組件之一，不過其各路電壓輸出規(guī)格、電壓穩(wěn)定性、發(fā)生異常時的保護性卻有相當重要的地位，因為主機內(nèi)所有配件的所需電力均需由電源供應(yīng)器供應(yīng)，同時隨著各硬件于不同狀態(tài)下的耗電量去調(diào)節(jié)輸出負載，又要兼顧長時間操作及全載輸出的穩(wěn)定性，而電源發(fā)生故障時或是負載產(chǎn)生異常，保護系統(tǒng)須立即介入，以避免過電壓/電流造成裝置損壞；對于全球能源吃緊，新款電源供應(yīng)器除了上述特性外，也開始講求提高轉(zhuǎn)換效率，例如80PLUS就是代表電源供應(yīng)器通過高效率認證的標章之一。

常見的計算機用電源的功能是將輸入的交流市電(AC110V/220V)，經(jīng)過隔離型交換式降壓電路轉(zhuǎn)換出各硬件所需的各種低壓直流電：3.3V、5V、12V、-12V及提供計算機關(guān)閉時待命用的5VStandby(5VSB)。所以電源內(nèi)部同時具備了耐高壓、大功率的組件以及處理低電壓及控制信號的小功率組件。

電源轉(zhuǎn)換流程為交流輸入→EMI濾波電路→整流電路→功率因數(shù)修正電路(主動或是被動PFC)→功率級一次側(cè)(高壓側(cè))開關(guān)電路轉(zhuǎn)換成脈流→主要變壓器→功率級二次側(cè)(低壓側(cè))整流電路→電壓調(diào)整電路(例如磁性放大電路或是DC-DC轉(zhuǎn)換電路)→濾波(平滑輸出紋波，由電感及電容組成)電路→電源管理電路監(jiān)控輸出。

以下從交流輸入端EMI濾波電路常見的組件開始介紹。交流電輸入插座■交流電輸入插座

此為交流電從外部輸入電源的第一道關(guān)卡，為了阻隔來自電力在線干擾，以及避免電源運作所產(chǎn)生的交換噪聲經(jīng)電力線往外散布干擾其它用電裝置，都會于交流輸入端安裝一至二階的EMI(電磁干擾)Filter(濾波器)，其功能就是一個低通濾波器，將交流電中所含高頻的噪聲旁路或是導(dǎo)向接地線，只讓60Hz左右的波型通過。

上面照片中，中央為一體式EMI濾波器電源插座，濾波電路整個包于鐵殼中，能更有效避免噪聲外泄；右方的則是以小片電路板制作EMI濾波電路，通常使用于無足夠深度安裝一體式EMI濾波器的電源供應(yīng)器，少了鐵皮外殼多少會有噪聲泄漏情形；而左邊的插座上只加上Cx與Cy電容(稍后會介紹)，使用這類設(shè)計的電源，其EMI濾波電路通常需要做在主電路板上，若是主電路板上的EMI電路區(qū)空空如也，就代表該區(qū)組件被省略掉了。

目前使用12公分風扇的電源供應(yīng)器內(nèi)部空間都不太能塞下一體式EMI濾波器，所以大多采用照片左右兩邊的做法。■X電容(Cx，又稱為跨接線路濾波電容)

這是EMI濾波電路組成中，用來跨接火線(L)與中性線(N)間的電容，用途是消除來自電力線的低通常態(tài)噪聲。

外觀如照片所示為方型，上方會打上X或X2字樣。■Y電容(Cy，又稱為線路旁通電容器)

Y電容為跨接于浮接地(FG)和火線(L)/中性線(N)之間，用來消除高通常態(tài)及共態(tài)噪聲。

Y電容的外觀如照片呈圓餅狀

而計算機用電源中的FG點與金屬外殼、地線(E)及輸出端0V/GND共接，所以未連接接地線時，會經(jīng)由兩顆串聯(lián)的Cy電容分壓出輸入電源一半的電位差(Vin/2)，人體碰觸到后就有可能產(chǎn)生感電現(xiàn)象。

變壓器■變壓器

為何稱為隔離型交換式降壓電源，就是因為使用變壓器作為高低電壓分隔，并利用磁能進行能量交換，不僅可以避免高低壓電路故障時的漏電危險，也能簡單產(chǎn)生多種電壓輸出。因其運作頻率較高，變壓器體積較一般交流變壓器要來得小。

因為變壓器為功率傳遞路徑之一，目前大輸出電源有使用多變壓器的設(shè)計，避免單一變壓器發(fā)生飽和現(xiàn)象而限制功率的輸出。照片中上方較小的變壓器為輔助電源電路以及信號傳遞用的脈沖變壓器，下方較大者為主要功率變壓器以及環(huán)形的二次側(cè)調(diào)整用變壓器。

以變壓器作為隔離分界，二次側(cè)的輸出電壓已經(jīng)比一次側(cè)要低上許多，不過還需要經(jīng)過整流、調(diào)整以及濾波平滑等電路，才會變成計算機零件所需的各電壓直流電。■二極管

電源供應(yīng)器內(nèi)部，隨著各部電路要求及輸出大小而使用不同種類以及規(guī)格，除了一般的硅二極管外，還有蕭特基障壁二極管(SBD)、快速回復(fù)二極管(FRD)、齊納二極管(ZD)等種類。

圖片中為二極管常見的封裝形式

FRD主要用于主動功率因數(shù)修正以及功率級一次側(cè)電路；SBD用于功率級二次側(cè)，將變壓器輸出進行整流；ZD則是作為電壓參考用?！鲭姼衅?/p>

電感器隨著磁芯結(jié)構(gòu)、感抗值、電路上安裝位置的不同，可以作為交換電路中的儲能組件、磁性放大電路的電壓調(diào)整組件以及二次側(cè)整流后輸出濾波使用，于電源供應(yīng)器中廣泛使用。

圖片中電感形狀有環(huán)形及圓柱型，隨著感值及電流承受力而有不同的圈數(shù)以及漆包線粗細。電容器■電容器

如電感器般，電容器同樣也作為儲能組件以及紋波平滑使用。為了承受整流后的高壓直流，高耐壓電解電容用于電源供應(yīng)器一次側(cè)電路；為了降低輸出下電解電容連續(xù)充放電時造成的損失，二次側(cè)電路則大量使用高耐溫長壽低阻抗電解電容。

圖片中下方較大者為用于一次側(cè)的高耐壓電解電容，上方較低耐壓則使用于二次側(cè)及外圍控制電路

因電容內(nèi)有化學(xué)物質(zhì)(電解液)的關(guān)系，工作溫度對電解電容的壽命有相當影響，所以長時間下運作，除了維持電源供應(yīng)器的良好散熱外，其使用的電解電容廠牌及系列也決定電源供應(yīng)器穩(wěn)定運作的可靠度及壽命。■電阻器

電阻器用于限制電路上流過的電流，并于電源供應(yīng)器關(guān)閉后釋放電容器內(nèi)所儲存的電荷，避免產(chǎn)生電擊事故。

圖片中左方為大功率水泥電阻，可承受較大功率超額，右方則為一般常見的電阻，其上的色碼標示出其阻值及誤差。

上述組件構(gòu)成的電路若是沒有搭配控制電路的話，是無法發(fā)揮其功能的，而各路輸出也需要隨時監(jiān)視管理，當發(fā)生任何異常時就要立即切斷輸出，以保護計算機零組件的安全。■各種控制IC

電源供應(yīng)器內(nèi)的控制IC，依其安裝位置及用途來分，有作為PFC電路用、功率級一次側(cè)PWM電路用、PFC/PWM整合控制用、輔助電源電路用整合組件、電源監(jiān)控管理IC等等。

PFC電路用：作為主動功率因數(shù)修正電路控制，使電源供應(yīng)器可維持一定的功率因數(shù)，并減少高次諧波產(chǎn)生。

功率級一次側(cè)PWM電路用：作為功率級一次側(cè)開關(guān)半導(dǎo)體驅(qū)動用PWM(脈寬調(diào)變)信號產(chǎn)生，隨著電源輸出狀態(tài)對其任務(wù)周期(DutyCycle)的控制。一般常見的有UC3842/3843系列等PWM控制IC。

PFC/PWM整合控制用：將上述兩種控制器結(jié)合于單一IC中，可使電路更為簡化，組件數(shù)目減少，縮小體積外也降低故障率。例如常見的CM680X系列，就是PFC/PWM整合控制IC。

輔助電源電路用整合組件：因為電源關(guān)閉后，輔助電源電路仍需持續(xù)輸出，所以必須自成一獨立系統(tǒng)，因其輸出瓦數(shù)不需太高，所以使用業(yè)界小功率整合組件作為其核心，例如PI的TOPSwitch系列。

電源監(jiān)控管理IC：進行各路輸出的UVP(低電壓保護)、OVP(過電壓保護)、OCP(過電流保護)、SCP(短路保護)、OTP(過溫度保護)監(jiān)視及保護，當超出其設(shè)定值后，便會關(guān)閉并鎖定控制電路，停止電源供應(yīng)器輸出，待故障排除后才可重新啟動。

除了上述組件外，其它還有廠商視需要自行加上的IC，例如風扇控制IC等等?！龉怦詈掀?/p>

光耦合器主要是用