看圖說話：圖解開關(guān)電源

開關(guān)模式電源(Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS)，又稱交換式電源、開關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，是電源供應(yīng)器的一種。其功能是將一個(gè)位準(zhǔn)的電壓，透過不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電流。開關(guān)電源的輸入多半是交流電源(例如市電)或是直流電源，而輸出多半是需要直流電源的設(shè)備，例如個(gè)人電腦，而開關(guān)電源就進(jìn)行兩者之間電壓及電流的轉(zhuǎn)換。

開關(guān)電源不同于線性電源，開關(guān)電源利用的切換晶體管多半是在全開模式(飽和區(qū))及全閉模式(截止區(qū))之間切換，這兩個(gè)模式都有低耗散的特點(diǎn)，切換之間的轉(zhuǎn)換會(huì)有較高的耗散，但時(shí)間很短，因此比較節(jié)省能源，產(chǎn)生廢熱較少。理想上，開關(guān)電源本身是不會(huì)消耗電能的。電壓穩(wěn)壓是透過調(diào)整晶體管導(dǎo)通及斷路的時(shí)間來達(dá)到。相反的，線性電源在產(chǎn)生輸出電壓的過程中，晶體管工作在放大區(qū)，本身也會(huì)消耗電能。開關(guān)電源的高轉(zhuǎn)換效率是其一大優(yōu)點(diǎn)，而且因?yàn)殚_關(guān)電源工作頻率高，可以使用小尺寸、輕重量的變壓器，因此開關(guān)電源也會(huì)比線性電源的尺寸要小，重量也會(huì)比較輕。

若電源的高效率、體積及重量是考慮重點(diǎn)時(shí)，開關(guān)電源比線性電源要好。不過開關(guān)電源比較復(fù)雜，內(nèi)部晶體管會(huì)頻繁切換，若切換電流尚加以處理，可能會(huì)產(chǎn)生噪聲及電磁干擾影響其他設(shè)備，而且若開關(guān)電源沒有特別設(shè)計(jì)，其電源功率因數(shù)可能不高。

看圖說話：圖解開關(guān)電源

下圖3和4描述的是開關(guān)電源的PWM反饋機(jī)制。圖3描述的是沒有PFC(Power Factor Correction，功率因素校正) 電路的廉價(jià)電源，圖4描述的是采用主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)的中高端電源。

通過圖3和圖4的對(duì)比我們可以看出兩者的不同之處：一個(gè)具備主動(dòng)式PFC電路而另一個(gè)不具備，前者沒有110/220 V轉(zhuǎn)換器，而且也沒有電壓倍壓電路。下文我們的重點(diǎn)將會(huì)是主動(dòng)式PFC電源的講解。

為了讓讀者能夠更好的理解電源的工作原理，以上我們提供的是非?；镜膱D解，圖中并未包含其他額外的電路，比如說短路保護(hù)、待機(jī)電路以及PG信號(hào)發(fā)生器等等。當(dāng)然了，如果您還想了解一下更加詳盡的圖解，請(qǐng)看圖5。如果看不懂也沒關(guān)系，因?yàn)檫@張圖本來就是為那些專業(yè)電源設(shè)計(jì)人員看的。

圖5：典型的低端ATX電源設(shè)計(jì)圖

你可能會(huì)問，圖5設(shè)計(jì)圖中為什么沒有電壓整流電路?事實(shí)上，PWM電路已經(jīng)肩負(fù)起了電壓整流的工作。輸入電壓在經(jīng)過開關(guān)管之前將會(huì)再次校正，而且進(jìn)入變壓器的電壓已經(jīng)成為方形波。所以，變壓器輸出的波形也是方形波，而不是正弦波。由于此時(shí)波形已經(jīng)是方形波，所以電壓可以輕而易舉的被變壓器轉(zhuǎn)換為DC直流電壓。也就是說，當(dāng)電壓被變壓器重新校正之后，輸出電壓已經(jīng)變成了DC直流電壓。這就是為什么很多時(shí)候開關(guān)電源經(jīng)常會(huì)被稱之為DC-DC轉(zhuǎn)換器。

饋送PWM控制電路的回路負(fù)責(zé)所有需要的調(diào)節(jié)功能。如果輸出電壓錯(cuò)誤時(shí)，PWM控制電路就會(huì)改變工作周期的控制信號(hào)以適應(yīng)變壓器，最終將輸出電壓校正過來。這種情況經(jīng)常會(huì)發(fā)生在PC功耗升高的時(shí)，此時(shí)輸出電壓趨于下降，或者PC功耗下降的時(shí)，此時(shí)輸出電壓趨于上升。

在看下一頁是，我們有必要了解一下以下信息：

★在變壓器之前的所有電路及模塊稱為“primary”(一次側(cè))，在變壓器之后的所有電路及模塊稱為“secondary”(二次側(cè));

★采用主動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)的電源不具備110 V/ 220 V轉(zhuǎn)換器，同時(shí)也沒有電壓倍壓器;

★對(duì)于沒有PFC電路的電源而言，如果110 V / 220 V被設(shè)定為110 V時(shí)，電流在進(jìn)入整流橋之前，電源本身將會(huì)利用電壓倍壓器將110 V提升至220 V左右;

★PC電源上的開關(guān)管由一對(duì)功率MOSFET管構(gòu)成，當(dāng)然也有其他的組合方式，之后我們將會(huì)詳解;

★變壓器所需波形為方形波，所以通過變壓器后的電壓波形都是方形波，而非正弦波;

★PWM控制電流往往都是集成電路，通常是通過一個(gè)小的變壓器與一次側(cè)隔離，而有時(shí)候也可能是通過耦合芯片(一種很小的帶有LED和光電晶體管的IC芯片)和一次側(cè)隔離;

★PWM控制電路是根據(jù)電源的輸出負(fù)載情況來控制電源的開關(guān)管的閉合的。如果輸出電壓過高或者過低時(shí)，PWM控制電路將會(huì)改變電壓的波形以適應(yīng)開關(guān)管，從而達(dá)到?！镎敵鲭妷旱哪康?

下一頁我們將通過圖片來研究電源的每一個(gè)模塊和電路，通過實(shí)物圖形象的告訴你在電源中何處能找到它們。