零起步学习 电源知识及技术漫谈第二期

    今天是漫谈的第二期，在上一期中我们说过，本期我们将拆开电源，带领大家看看电源内部的构造。要了解内部构造，我们首先要看看电源是怎样进行工作的。所以我们先来简单介绍一下常用的ATX电源的工作原理。

    简单说来，电源承担的主要任务是进行电压、电流转换，即将市电电网供应的220V 50Hz的交流电，转换为能供电脑硬件使用的多种电压数值的直流电。

    将交流电转换为直流电，主要要经过整流和滤波两个过程。这个过程看似简单，其实不然。交流电的相位是不断变化的，即电压与电流之间存在一个相位差，说得再清楚一点，就是交流电的输出电压随着时间进行周期性的变化。而电脑使用的直流电相位是固定的，电压始终恒定不变。

    除了交直流电转换任务外，电源还要承担过压保护、欠压保护、过载保护、过电流保护等功能，所以电源的工作原理还是很复杂的。下面我们就来看看ATX开关电源的结构图。

ATX开关电源的结构图

    上图就是ATX开关电源的结构图。由于市电电网中的交流电并不是特别纯净，所以220V的交流电首先要经过第一、二级EMI滤波，才能变成较为纯净的50Hz交流电，滤波后的交流电还要再进过全桥整流和滤波后，才能输出300V的直流电压。

    300V的直流电压同时加载到主开关管、主开关变压器、待机电源开关管、待机电源开关变压器上。加载到主开关变压器上的电压再进过进一步的整流和滤波，就能提供+12V、+5V、+3.3V等电压输出，供给电脑硬件使用。主开关管的作用是控制电源除+5Vsb外的输出电压的开启与关闭，即当主开关管上没有收到开关信号时，它就处于截止状态，而此时的主开关变压器上是没有电压输出的。

    待机电源开关管、待机电源开关变压器主要负责电源的开启与待机。当待机电源开关管处于工作状态时，待机电源开关变压器上会产生+5Vsb和+22V两组电压输出，其中，+5Vsb加到主板上作为待机电压，+22V电压是专门为主控IC供电的。

    整个电源的工作过程是这样的，当用户按动机箱上的电源开关时，电源的On/Off档（绿线）就处于低电平状态，主控IC电路内部的振荡电路就会立即启动。电路会产生一个脉冲信号，这个信号经推动管的放大后，加载到推动变压器上，再进过推动变压器加载到主开关管上。主开关管再将工作信号传递至主开关变压器上，主开关变压器工作，输出各组电压到主板上。

    但此时主板上的CPU还没有启动，等到+5V电压从零上升到95%后，IC电路检测到+5V上升到4.75V时，发出P.G信号（灰线），CPU才会启动，电脑才能开始正常工作。关机时，On/Off档（绿线）就处于高电平状态，IC电路内部的振荡电路不再工作，主开关管也因为没有脉冲信号而停止工作。电源也就停止了各路电压输出，处于待机状态。

    电源的各种保护功能是依赖于IC电路而实现的。在电源工作时，IC电路会检测是否存在短路、过流、过压、过载等异常状况，一旦发生异常状况，IC电路内部的振荡电路会立即停止工作。主开关管收不到振荡电路的脉冲信号，也会停止工作。从而起到了保护电源的目的。

    介绍了这么多，我想大家可能还是会有些不明白，毕竟上面介绍的只是电源的工作原理。那么下面，我们就通过实物，来认识一下电源内部的各个部分。电源内部最为容易辨认的是EMI滤波电路、高压滤波和低压滤波电路、PFC电路以及变压器。而能起到控制和检测电源功能的IC电路，通常都是固化在电源内部的PCB板上的，一般不容易看到。

EMI滤波电路

  
一级EMI电路做工简单、没有二级EMI电路

  
用料扎实的两级EMI电路

    EMI滤波电路是市电进入电源的第一道屏障。但是很多劣质的电源并不具备完整的两级EMI滤波电路，更黑心的山寨厂商甚至将两级电路全部省略。这样一来，电源根本就无法为硬件提供纯净的电力供应，对硬件的损害可想而知。好的电源会在EMI电路上下很大的功夫，而那些廉价的“黑电源”就会差很多。通过上图的对比，相信用户心中自有判断。

高压滤波和低压滤波电路

  
用料一般的高、低压滤波电路

  
用料扎实的高、低压滤波电路

    高压滤波电路最为显著的特征是两个个头很大的滤波电容，而低压滤波电路最显著的特征是密密麻麻的小个电容和大线圈。如果电源偷工减料，在电源的重量上会有所反映，所以建议用户不要买很轻的电源。读者可以通过图片，对电容的数量做个简单的对比。

PFC电路

  
被动式PFC电路（左） 主动式PFC电路（右）

    PFC电路分为被动式和主动式两种。被动式PFC一般采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，功率因数只能达到0.7～0.8；而主动式PFC则由电感、电容及电子元器件组成，体积小、通过专用IC去调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。功率因数通常可达98%以上，但成本也相对较高。图中左侧为被动式PFC电路，右侧为主动式PFC电路。

变压器

  
双桥式变压器（左） 三桥式变压器（右）

    电源的变压器是电源内部很重要的一个部分，它承担了电压转换的重任。目前，市场上的电源多采用双桥式或三桥式变压器。不要单单从变压器的个数是来判断电源的好坏，变压器内部线圈的大小，以及线圈的致密程度对电源的影响才是最大的。

IC电路

 
IC电路中的PWM控制芯片

    IC电路多固化在PCB板上。想找到IC电路其实也不难，只要找到上图中这种黑色的芯片，就能找到IC电路。图中的SG6105B型PWM控制芯片，通过调整驱动变压器的PWM信号来实现调整输出电压的功能，同时还集成了开关控制，PG电路，过压和欠压保护以及过功率保护功能。

总结

    作为《电源知识及技术漫谈》的第二期，我们主要介绍了电源的工作原理，以及电源内部各个部分电路的大致长相。在今后的文章中，我们还将针对每部分电路进行详细的讲解，请大家关注。