基于一種 “開關(guān)模式 ”的PC機(jī)電源設(shè)計(jì)

PC電源知多少

PC機(jī)所使用的電源是基于一種叫做 “開關(guān)模式 ”的技術(shù)，所以我們通常把PC電源稱為——開關(guān)電源(SMPS)，它還有一個(gè)別名——直流——直流轉(zhuǎn)換器。在這篇文章中，我們將為大家介紹一下開關(guān)電源的工作模式和原理、開關(guān)電源的內(nèi)部元件以及這些元件的功能。

線性電源基礎(chǔ)知識(shí)

目前電源主要有兩種類型：線性電源(LINEAR)和開關(guān)電源(SWITCHING)。線性電源的工作原理是先將127V或220V的市電通過變壓器轉(zhuǎn)換成低壓電，如12V等，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的低壓仍為交流電;再通過一系列的二極管進(jìn)行校正和整流，將低壓交流轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)電壓(圖1和圖2“3”)。下一步需要對(duì)脈動(dòng)電壓進(jìn)行濾波，通過電容完成，再經(jīng)過濾波后的低壓交流變成直流電(圖1和2“4”);這時(shí)的低壓直流還是不夠純凈，會(huì)有一定的波動(dòng)(這種電壓波動(dòng)就是我們常說的紋波)，所以還需要調(diào)節(jié)電壓二極管或電壓整流電路進(jìn)行校正。最后，我們得到一個(gè)純低壓直流輸出(圖1和圖2中的 “5”)。

圖1：標(biāo)準(zhǔn)的線性電源設(shè)計(jì)圖

圖2：線性電源的波形

雖然線性電源非常適合為無繩電話、PlayStation/Switch/Xbox游戲機(jī)等低功率設(shè)備供電，但對(duì)于高功率設(shè)備來說，線性電源會(huì)讓人難以承受。

對(duì)于線性電源來說，內(nèi)部電容和變壓器的大小與交流市電的頻率成反比：即輸入市電的頻率越低，線性電源所需的電容和變壓器越大，反之亦然。由于目前的交流市電是60Hz(有些國家是50Hz)，頻率相對(duì)較低，其變壓器和電容往往相對(duì)較大。另外，交流市電的浪涌越大，線性電源的變壓器尺寸也就越大。

由此可見，做一個(gè)線性電源，對(duì)于PC界來說是一個(gè)瘋狂的舉動(dòng)，因?yàn)樗捏w積會(huì)非常大，重量也會(huì)很重。這也是個(gè)人PC用戶不適合使用線性電源的原因。

開關(guān)電源基礎(chǔ)知識(shí)

高頻開關(guān)電源可以很好地解決這個(gè)問題，采用高頻開關(guān)電源的模式。對(duì)于高頻開關(guān)電源來說，在進(jìn)入變壓器之前，交流輸入電壓可以先升壓(一般在升壓前50-60KHz)。隨著輸入電壓的升高，變壓器、電容等元件不需要像線性電源那樣大而化之。這種高頻開關(guān)電源正是我們的個(gè)人電腦和VCR等設(shè)備所需要的。需要注意的是，我們通常所說的 “開關(guān)電源 ”其實(shí)是 “高頻開關(guān)電源 ”的簡(jiǎn)稱，它與電源本身的開關(guān)和開機(jī)無關(guān)。

實(shí)際上，終端用戶的PC電源采用的是一種更優(yōu)化的方案：閉環(huán)系統(tǒng)--控制開關(guān)電源的電路，從電源的輸出端獲取反饋信號(hào)，然后根據(jù)PC機(jī)的功耗，在一定的時(shí)間段內(nèi)根據(jù)電源的變壓器，增加或減少電壓的頻率，以適應(yīng)電源的變壓器(這種方法稱為PWM，脈寬調(diào)制)。因此，開關(guān)電源可以根據(jù)與之相連的耗電設(shè)備的功耗大小進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，從而使變壓器等元件帶走較少的能量，減少發(fā)熱。

相比之下，線性電源的設(shè)計(jì)理念是以功率為重，即使負(fù)載電路不需要大量的電流，也是以功率為重。這樣做的后果是，即使在不需要的時(shí)候，所有的元件都會(huì)滿負(fù)荷工作，從而導(dǎo)致發(fā)熱量大大增加。