電腦電源每個(gè)元器件以及工作原理

1、不過(guò)其各路電壓輸出規(guī)以往在采買(mǎi)計(jì)算機(jī)配件時(shí)，電源供應(yīng)器是最容易被忽視的組件之一,格、電壓穩(wěn)定性、發(fā)生異常時(shí)的保護(hù)性卻有相當(dāng)重要的地位，因?yàn)橹鳈C(jī)內(nèi)所有計(jì)算機(jī)配件的所需電力均需由電源供應(yīng)器供應(yīng)，同時(shí)隨著各裝置于不同狀態(tài)下的耗電量去調(diào)節(jié)輸出負(fù)載，又要兼顧長(zhǎng)時(shí)間操作及全載輸出的穩(wěn)定性，而電源供應(yīng)器發(fā)生故障時(shí)或是負(fù)載產(chǎn)生異常，保護(hù)系統(tǒng)須立即介入，以避免過(guò)電壓/電流造成裝置損壞；對(duì)于全球能源吃緊，新款電源供應(yīng)器除了上述特性外， 也開(kāi)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(guò)高效率認(rèn)證的標(biāo)章之一。既然電源供應(yīng)器所扮演的角色如此重要，以下的文章就要掀起電源供應(yīng)器的神秘面紗，了解內(nèi)部的組件種類(lèi)及

2、功能。常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)用電源供應(yīng)器的功能是將輸入的交流市電（AC110V/220V），經(jīng)過(guò)隔離型交換式降壓電路轉(zhuǎn)換岀各裝置所需的各種低壓直流電：3.3V、5V、12V、-12V及提供計(jì)算機(jī)關(guān)閉時(shí)待命用的5V Standby（5VSB）。所以電源供應(yīng)器內(nèi)部同時(shí)具備了耐高壓、大功率的組件以及處理低電壓及控制信號(hào)的小功率組件。電源轉(zhuǎn)換流程為交流輸入f EMI濾波電路t整流電路t功率因子修正電路（主動(dòng)或是被動(dòng) PFC）f功率級(jí)一次側(cè)（高壓側(cè)）開(kāi)關(guān)電路轉(zhuǎn)換成脈流 f主要變壓器f功率級(jí)二次側(cè)（低壓側(cè)）整流電 路f電壓調(diào)整電路（例如磁性放大電路或是DC-DC轉(zhuǎn)換電路）f濾波（平滑輸岀漣波，由電感及電容組成）電路

3、f電源管理電路監(jiān)控輸岀。方塊圖如下圖所示:電源供應(yīng)器方塊圖流入交輸控制霍賂波流路 全整電壁整路 型調(diào)電岀控路+3.3V+5V+12V-12VPower GoodPS-ON* +5V Standby以下從交流輸入端 EMI濾波電路常見(jiàn)的組件開(kāi)始介紹。交流電輸入插座:YET弘 j此為交流電從外部輸入電源供應(yīng)器的第一道關(guān)卡，為了阻隔來(lái)自電力在線干擾，以及避免電源供應(yīng)器運(yùn)作所產(chǎn)生的交換噪聲經(jīng)電力線往外散布干擾*用電裝置，都會(huì)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(gè)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(guò)。上面照片中，

4、中央為一體式 EMI濾波器電源插座，濾波電路整個(gè)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(wú)足夠深度安裝一體式Cx與EMI濾波器的電源供應(yīng)器，少了鐵皮外殼多少會(huì)有噪聲泄漏情形；而左邊的插座上只加上丫電容（Cy，又稱為線路旁通電容器）:外觀如照片所示為方型，上方會(huì)打上X或X2字樣Cy電容（稍后會(huì)介紹），使用這類(lèi)設(shè)計(jì)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(fēng)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

5、線路濾波電容）:鈕了2 - 44722Q8It 0.47 2 vAC 275 V SH 4010061EC爐.卻境廣FN 1J24C： Z5G V0.33|jlF K 晟 250V-_014)5屜!C31 Uui數(shù)科之家MyD這是EMI濾波電路組成中，用來(lái)跨接火線 （L）與中性線（N）間的電容，用途是消除來(lái)自電 力線的低通常態(tài)噪聲。數(shù)碼之家 MyD丫電容為跨接于浮接地（FG）和火線（L）/中性線（N）之間，用來(lái)消除高通常態(tài)及共態(tài)噪聲。而計(jì)算機(jī)用電源供應(yīng)器中的 FG點(diǎn)與金屬外殼、地線（E）及輸岀端OV/GND共接，所以未連 接接地線時(shí)，會(huì)經(jīng)由兩顆串聯(lián)的Cy電容分壓岀輸入電源一半的電位差 （Vin

6、/2），人體碰觸到后就有可能產(chǎn)生感電現(xiàn)象。丫電容的外觀如照片，呈圓餅狀。共態(tài)扼流圈（交連電感）:共模態(tài)扼流圈在濾波電路中為串聯(lián)在火線 （L）與中性線（N）上，用來(lái)消除電力在線低通共態(tài)以 及射頻噪聲。有些電源的輸入端線路，會(huì)有纏繞在磁芯上的設(shè)計(jì)，也可以當(dāng)作是簡(jiǎn)單的共態(tài)扼流 圈。其外觀有環(huán)形與類(lèi)似變壓器的方形，部分可以見(jiàn)到外露的線圈。PS:所謂共態(tài)噪聲，代表是L/N線對(duì)于地線E間的噪聲，而常態(tài)噪聲，則是L與N線之間的噪聲，EMI濾波器功能主要是消除及阻擋這兩類(lèi)噪聲。在EMI濾波電路之后的是瞬時(shí)保護(hù)電路及整流電路，常見(jiàn)的組件如下。保險(xiǎn)絲:保險(xiǎn)絲就是當(dāng)其流過(guò)其上的電流值超岀額定限度時(shí)，會(huì)以熔斷的方式來(lái)

7、保護(hù)連接于后端電路，一般使用于電源供應(yīng)器中的保險(xiǎn)絲為快熔型，比較好的會(huì)使用防爆式保險(xiǎn)絲，其與一般保險(xiǎn)絲最大的差別是外管為米色陶瓷管，內(nèi)填充防火材質(zhì)避免熔斷時(shí)產(chǎn)生火花。其安裝于電路板上的方式有如圖片上方的固定式（兩端直接套上導(dǎo)線座并焊于電路板上）以及圖片中央的可拆卸式（使用金屬夾片固定）。下方的方形組件是溫度保險(xiǎn)絲，這類(lèi)保險(xiǎn)絲固定于大功率水泥電阻或是功率組件的散熱片上,主要是用于超溫保護(hù)，避免組件過(guò)熱而損壞或發(fā)生火災(zāi)，這類(lèi)保險(xiǎn)絲也有與電流保險(xiǎn)絲結(jié)合的版本，對(duì)電流及溫度進(jìn)行雙重保護(hù)。負(fù)溫度系數(shù)電阻（NTC）:因?yàn)殡娫垂?yīng)器接通電源瞬間，其內(nèi)的高壓端電解電容屬于無(wú)電狀態(tài)，充電瞬間將產(chǎn)生過(guò)大電流突波以

8、及線路壓降，可能使橋式整流器等組件超岀其額定電流而燒壞。NTC使用時(shí)串聯(lián)于L或N線路上，啟動(dòng)時(shí)其內(nèi)部阻抗值可以限制充電瞬間的電流值，而負(fù)溫度系數(shù)的定義是 其電阻會(huì)隨其溫度上升而降低，所以隨著電流流過(guò)本體使溫度逐漸升高后，其阻值會(huì)隨著降低， 避免造成不必要功率消耗。但其缺點(diǎn)是電源處于熱機(jī)狀態(tài)下啟動(dòng)時(shí)，其保護(hù)效果會(huì)打上折扣， 且即使阻抗可隨溫度降低，仍會(huì)消耗些許功率，所以目前高效率電源大多采用更進(jìn)階的瞬時(shí)保護(hù)電路。其外觀大多為黑色及墨綠色的圓餅狀元件。金氧變阻器（MOV）:MyDigit.cl變阻器跨接于保險(xiǎn)絲后端的火線與地線間，其動(dòng)作原理為當(dāng)其兩端電壓差低于其額定電壓值 時(shí)，本體呈現(xiàn)高阻抗； 當(dāng)

9、電壓差超出其額定值，本體電阻會(huì)急速下降，L-N間呈現(xiàn)近似短路狀態(tài)，前端的保險(xiǎn)絲因短路而升高的電流將會(huì)使其熔斷，以保護(hù)后端電路，有時(shí)本體承受功率過(guò)大時(shí)， 亦以自毀方式來(lái)警告用戶該裝置已經(jīng)岀現(xiàn)問(wèn)題。通常用于電源供應(yīng)器交流輸入端，當(dāng)輸入交流發(fā)生過(guò)電壓時(shí)能及時(shí)讓保險(xiǎn)絲熔斷，避免使內(nèi)部組件損壞。其顏色與外觀與 Cy電容很接近，不過(guò)可以從組件上面的字樣及型號(hào)來(lái)分別其不同。橋式整流器:buot中ME鳳HG CT勺AC內(nèi)部由四顆二極管交互連接所構(gòu)成的橋式整流器，其功用是將輸入交流進(jìn)行全波整流后，供后端交換電路使用。其外觀與大小會(huì)隨著組件額定電壓及電流的不同而有所差異，部分電源供應(yīng)器會(huì)將其固定于散熱片上，協(xié)助其

10、散熱，以利穩(wěn)定的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作。經(jīng)過(guò)整流后，便進(jìn)入功率級(jí)一次側(cè)的交換電路，這里的組件決定了電源供應(yīng)器的各路最大輸岀能力，是電源供應(yīng)器相當(dāng)重要的一部份。開(kāi)關(guān)晶體管:在交換電路中作為無(wú)接點(diǎn)快速電子開(kāi)關(guān)，依控制信號(hào)導(dǎo)通及截止，決定電流是否流過(guò)，于主動(dòng)功率因子修正電路以及功率級(jí)一次側(cè)電路扮演重要角色。隨著開(kāi)關(guān)組件的電路組成方式，可構(gòu)成雙晶順向式、半橋式、全橋式、推挽式等等不同的功率級(jí)拓?fù)?，在講求高效率的電源供應(yīng)器內(nèi)，也有使用開(kāi)關(guān)晶體構(gòu)成同步整流電路以及DC-DC降壓電路的應(yīng)用。照片中上方為電源內(nèi)常見(jiàn)的 N MOSFET（N型金氧半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管），下方則是NPN BJ T（NPN型雙接面晶體管）。變壓器:

11、為何稱為隔離型交換式降壓電源供應(yīng)器，就是因?yàn)槭褂米儔浩髯鳛楦叩碗妷悍指簦?并利用磁能進(jìn)行能量交換， 不僅可以避免高低壓電路故障時(shí)的漏電危險(xiǎn)，也能簡(jiǎn)單產(chǎn)生多種電壓輸岀。 因其運(yùn)作頻率較高，變壓器體積較一般交流變壓器要來(lái)得小。因?yàn)樽儔浩鳛楣β蕚鬟f路徑之一，目前大輸岀電源供應(yīng)器有使用多變壓器的設(shè)計(jì)，避免單一變壓器發(fā)生飽和現(xiàn)象而限制功率的輸岀。照片中上方較小的變壓器為輔助電源電路以及信號(hào)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(guò)還需要經(jīng)過(guò)整流、調(diào)整以及濾波平滑等電路，才會(huì)變成計(jì)算機(jī)零件所需的各電壓直流

12、電。二極管:電源供應(yīng)器內(nèi)部， 隨著各部電路要求及輸岀大小而使用不同種類(lèi)以及規(guī)格，除了一般的硅二極管外，還有肖特基障壁二極管（SBD）、快速回復(fù)二極管（FRD）、齊納二極管（ZD）等種類(lèi)。FRD主要用于主動(dòng)功率因子修正以及功率級(jí)一次側(cè)電路；SBD用于功率級(jí)二次側(cè)，將變壓器輸出進(jìn)行整流；ZD則是作為電壓參考用。圖片中為二極管常見(jiàn)的封裝形式。電感器: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(chǔ)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(xì)。電容器:如電

13、感器般，電容器同樣也作為儲(chǔ)能組件以及漣波平滑使用。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；為了降低輸岀下電解電容連續(xù)充放電時(shí)造成的損失，二次側(cè)電路則大量使用高耐溫長(zhǎng)壽低阻抗電解電容。因電容內(nèi)有化學(xué)物質(zhì)（電解液）的關(guān)系，工作溫度對(duì)電解電容的壽命有相當(dāng)影響，所以長(zhǎng)時(shí)間下運(yùn)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(yùn)作的可靠度及壽命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?cái)?shù)碼之家MyD電阻器用于限制電路上流過(guò)的電流，并于電源供應(yīng)器關(guān)閉后釋放電容器內(nèi)所儲(chǔ)存的電荷，避 免產(chǎn)生電擊事故。圖片中左方為

14、大功率水泥電阻，可承受較大功率超額，右方則為一般常見(jiàn)的電阻，其上的色 碼標(biāo)示出其阻值及誤差。上述組件構(gòu)成的電路若是沒(méi)有搭配控制電路的話，是無(wú)法發(fā)揮其功能的，而各路輸岀也需要 隨時(shí)監(jiān)視管理，當(dāng)發(fā)生任何異常時(shí)就要立即切斷輸岀，以保護(hù)計(jì)算機(jī)零組件的安全各種控制IC :數(shù)碼之家MyD電源供應(yīng)器內(nèi)的控制IC,依其安裝位置及用途來(lái)分，有作為 PFC電路用、功率級(jí)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(dòng)功率因子修正電路控制，使電源供應(yīng)器可維持一定的功率因子，并 減少高次諧波產(chǎn)生。功率級(jí)一次側(cè) PWM電路用：作為功率級(jí)一次側(cè)開(kāi)關(guān)晶體驅(qū)動(dòng)

15、用 PWM(脈寬調(diào)變)信號(hào)產(chǎn)生， 隨著電源輸岀狀態(tài)對(duì)其任務(wù)周期 (Duty Cycle)的控制。一般常見(jiàn)的有 UC3842/3843 系列等PW M控制IC。IC中，可使電路更為簡(jiǎn)化，組件數(shù)PFC/PWM整合控制用：將上述兩種控制器結(jié)合于單目減少，縮小體積外也降低故障率。例如常見(jiàn)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?yàn)殡娫搓P(guān)閉后，輔助電源電路仍需持續(xù)輸岀，所以必須自成一獨(dú)立系統(tǒng)，因其輸岀瓦數(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(jìn)行各路輸岀的 UVP（低電壓保護(hù)）、OVP（過(guò)電壓保護(hù)）、OCP（過(guò)電流保 護(hù)）、SCP（短路保