開關(guan) 電源（Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS），又稱開關(guan) 電源、開關(guan) 變換器，是一種高頻功率變換裝置，是電源的一種。其功能是通過不同形式的架構，將某一電平的電壓轉換為(wei) 用戶所需的電壓或電流。

普通電源的作用是將輸入的交流市 電（ AC110V /220V） 通過隔離開關(guan) 降壓電路轉換 成硬件所需的幾種低壓 直流電源：3.3V、5V、12V、-12V，並提供具有 5V 待機 (5VSB) 關(guan) 閉功能的計算機 處於(yu) 待機狀態。因此，該電源同時配備了高壓和大功率元件。

 

電源轉換過程為(wei) 交流 輸入→ EMI 濾波電路→整流電路→功率因數校正電路（有源或無源PFC）→功率級初級側(ce) （高壓側(ce) ）開關(guan) 電路轉換成脈衝(chong) 電流→主變壓器→功率級次級側(ce) （低壓側(ce) ）整流電路→電壓調整電路（如磁放大電路或DC-DC 轉換電路）→濾波器（平滑輸出紋波，由電感和電容組成）電路→監控輸出的電源管理電路。

下麵介紹交流輸入端EMI濾波電路的常用元件 。

交流輸入插座

此處首次檢查外部交流電源輸入。首先，在交流輸入端 加裝 二階 EMI ，以阻擋來自電源線的幹擾，防止電源工作時產(chan) 生的開關(guan) 噪聲通過電源線傳(chuan) 播並幹擾其他用電設備。(EMI) (電磁幹擾) (EMI) (電磁幹擾) ( 濾波器(濾波器)的低通濾波目的是將交流電中包含的高頻噪聲旁路或引導至地線，隻允許波形大約60Hz才能通過。

 

上圖中間是一個(ge) 集成 EMI 濾波器電源插座，濾波器電路完全包含在一個(ge) 鐵盒內(nei) ，可以更有效地防止噪聲泄漏。由於(yu) 沒有金屬外殼，深埋式內(nei) 置EMI濾波器的電源 會(hui) 泄漏一些噪聲，因此左側(ce) 插座上僅(jin) 添加Cx和Cy電容（稍後介紹）。EMI 濾波器電路經常在主電路板上實現。如果 主電路板上的EMI電路區域是空的， 則該區域的元件已被移除。由於(yu) 目前12cm風扇的電源內(nei) 部麵積不足以容納集成 EMI 濾波器，因此大部分采用照片左右兩(liang) 側(ce) 的方案。

X電容（Cx，又稱跨線濾波電容）

該EMI濾波器電路的目標 是通過在火線 (L) 和中性線 (N) 之間橋接電容器來降低電源線的低正常噪聲。

 

外觀呈方形，如圖所示，上麵寫(xie) 有字母X或X2。

Y電容（Cy，又稱線路旁路電容）

為(wei) 了最大限度地降低高常模和共模噪聲，Y 電容器連接在浮動地 (FG) 和火線 (L)/零線 (N) 之間。

 

電腦 電源中的FG點 與(yu) 圖中的金屬外殼、地線（E）、輸出端0V/GND相連，所以當地線不接時，會(hui) 通過兩(liang) 個(ge) 串聯連接——連接的電線。當人體(ti) 接觸Cy電容時，它會(hui) 分壓輸入電源一半的電位差（Vin/2），可能會(hui) 感應出電感。

共模扼流線圈（交聯電感）

 

為(wei) 了消除電源線的低通共模和射頻噪聲，共模扼流線圈與(yu) 濾波器電路中的火線（L）和零線（N）串聯。一些電源的輸入線采用環繞磁芯的設計，可以將其視為(wei) 基本的共模扼流圈。它有環形和方形的形狀，類似於(yu) 變壓器，並且可以看到一些裸露的線圈。

L/N線和地線E之間的噪聲被稱為(wei) 共態噪聲，而L和N線之間的噪聲被稱為(wei) 常態噪聲。EMI濾波器的根本目的 是消除和阻擋這兩(liang) 類噪聲。EMI濾波電路之後是瞬態保護電路和整流電路 ，常用元件 如下。

保險絲

當流過保險絲(si) 的電流超過額定限值時，保險絲(si) 將熔斷，保護與(yu) 後端電路的連接。電源中使用的保險絲(si) 通常是快斷型，但最好是防爆型。該保險絲(si) 與(yu) 標準保險絲(si) 的主要區別在於(yu) ，外管是米色陶瓷管，內(nei) 含防火材料，可防止熔斷時產(chan) 生火花。

 

照片頂部的固定式（兩(liang) 端直接套上線座並焊接到電路板上）和圖片中間的可拆卸式都是安裝在電路板上的（用金屬夾固定）。熱熔斷器是下麵的方形 元件 。此保險絲(si) 連接在功率 元件的大功率水泥電阻或散熱器上。主要用於(yu) 防超溫，防止 因過熱而導致元件 損壞或故障。該保險絲(si) 還可與(yu) 電流保險絲(si) 配合使用，提供針對電流和溫度的雙重保護。

負溫度係數電阻（NTC）

電源接通時，電源高壓端的電解電容處於(yu) 無電狀態。充電過程中會(hui) 出現過大的電流浪湧和線路壓降，可能導致橋式整流器和其他組件超過其額定電流並燒毀。當 NTC 與(yu) L或N線串聯時，其內(nei) 阻可以在充電時限製電流，而負溫度係數意味著其阻值隨著溫度升高而減小，因此當電流流過本體(ti) 時，電阻減小。為(wei) 了減少不必要的功耗，電阻值會(hui) 隨著溫度升高而逐漸減小。

 

大部分成分是黑色和深綠色的球狀餅狀成分。然而，當電源在預熱狀態下啟動時，其保護作用被忽略，即使阻抗可以隨溫度降低，仍然消耗少量的功率。因此，當今大多數高效電源都采用了更複雜的瞬時保護電路。

金氧壓敏電阻(MOV)
在保險絲的背麵，壓敏電阻連接在火線和地線之間。當兩端電壓差小於其額定電壓值時，本體呈現高阻抗；當電壓差超過其額定電壓值時，本體電阻迅速下降。估計LN和前端保險絲之間存在短路，由於短路產生的電流，前端保險絲將熔斷以保護後端電路。當主體承受過大的電力時，它偶爾會自毀，以提醒用戶設備出現問題。

 

它常見於(yu) 電源的 交流 輸入端。當輸入交流過壓時，保險絲(si) 能及時熔斷 ，防止內(nei) 部器件損壞。其顏色和外觀與(yu) Cy電容非常相似，但元件上的文字和型號可以區分。

橋式整流器

內(nei) 部橋式整流器中有四個(ge) 二極管交替連接。它的工作是對輸入交流電進行全波整流， 供後端的開關(guan) 電路使用。

 

其外觀和尺寸將根據組件的額定電壓和電流而變化。有些電源會(hui) 將其安裝在散熱器上，以幫助散熱並確保長期穩定性。整流後進入功率級原邊開關(guan) 電路。本節的元件定義(yi) 了電源各通道的最大輸出能力，是一個(ge) 關(guan) 鍵元件。

開關晶體管

它根據控製信號導通和關(guan) 斷，決(jue) 定電流是否流過，作為(wei) 開關(guan) 電路中的非接觸式快速電子開關(guan) ，在有源功率因數校正電路和功率級原邊電路中起著至關(guan) 重要的作用。

 

電源中的傳(chuan) 統N MOSFET（N型金屬氧化物半導體(ti) 場效應晶體(ti) 管）如圖上半部分所示，而NPN BJT如圖下半部分所示（NPN型雙結晶體(ti) 管）。根據開關(guan) 元件的電路組成，可以產(chan) 生不同的功率級拓撲，例如雙晶正激型、半橋型、全橋型、推挽型等。開關(guan) 也用於(yu) 要求高效率的電源。同步整流電路和DC-DC 降壓電路均采用晶振。

變壓器

由於(yu) 采用變壓器分離高低壓，利用磁能進行能量交換，故稱為(wei) 隔離開關(guan) 降壓電源。不僅(jin) 可以避免高低壓電路發生故障時的漏電危險，還可以輕鬆產(chan) 生多種電壓輸出。由於(yu) 工作頻率高，變壓器的體(ti) 積比標準 交流變壓器小。

 

由於(yu) 變壓器是電力傳(chuan) 輸通路之一，目前的大輸出電源均采用多變壓器設計，以防止單個(ge) 變壓器飽和而限製功率輸出。輔助電源電路和用於(yu) 信號傳(chuan) 輸的脈衝(chong) 變壓器顯示在鏡頭的頂部，而主電源變壓器和環形次級側(ce) 調節變壓器顯示在底部。

采用變壓器作為(wei) 隔離邊界時，副邊的輸出電壓遠低於(yu) 原邊，但仍需經過整流、調整、濾波、平滑等電路後才變為(wei) 原邊。計算機部件所需的各種電壓的直流電壓 。

二極管

根據各部分的電路要求和輸出大小，電源內(nei) 部采用不同的類型和規格。除傳(chuan) 統的矽二極管外，還有 肖特基勢 壘二極管（SBD）、快恢複二極管（FRD）和齊納二極管（ZD）。等等。

 

插圖描述了最常見的二極管封裝。SBD用於(yu) 功率級的次級側(ce) ，對變壓器輸出進行整流，ZD用作電壓基準。FRD主要用於(yu) 有源功率因數校正和功率級的初級側(ce) 電路；SBD用於(yu) 功率級的次級側(ce) ，對變壓器輸出進行整流，ZD用作電壓基準。

電感器

根據磁芯的結構、電感值以及在電路上的安裝位置，電感器可用作交流電路中的儲(chu) 能元件、磁放大器電路中的電壓調節元件以及次級側(ce) 整流後的輸出濾波。

 

圖中的電感器有環形和圓柱形狀，漆包線的匝數和厚度根據電感值和載流能力而變化。

電解電容

電容器與(yu) 電感器一樣，可用作能量存儲(chu) 器件和紋波平滑器。電源原邊電路采用高壓電解電容，承受整流後的高壓 直流；次級電路采用大量耐高溫、長壽命、低阻抗電解電容，減少輸出下電解電容持續充放電帶來的損耗。

 

照片下部的高壓電解電容用於(yu) 初級側(ce) ，下部電壓較低的部分用於(yu) 次級側(ce) 和外圍控製電路。由於(yu) 電容器中化學物質（電解質）的關(guan) 係，工作溫度對電解電容器的壽命有顯著影響。這樣一來，所采用的品牌和係列的電解電容就能長期使用，同時還能保持電源良好的散熱性能。決(jue) 定電源的穩定性、可靠性以及使用壽命。

電阻器

為(wei) 了避免觸電，使用電阻來限製流過電路的電流，並在電源關(guan) 閉後釋放電容器中存儲(chu) 的電荷。

 

左側(ce) 的大功率水泥電阻器可以承受顯著的電湧，而右側(ce) 的普通電阻器有一個(ge) 顏色代碼來指示其電阻值和不準確度。如果沒有控製電路，由上述部件組成的電路將無法執行其工作，並且必須隨時監視和調節每個(ge) 輸出。為(wei) 了保護計算機 部件的安全 ，如果出現任何異常情況，應立即關(guan) 閉輸出。

各控製IC

例如PFC電路、功率級原邊 PWM 電路、PFC/PWM集成控製、輔助電源電路集成器件、電源監控管理IC等，都是根據其安裝位置和在電源中的應用等來分類的。

 

對於(yu) PFC電路來說，電源可以通過采用有源功率因數校正電路調節來維持指定的功率因數並限製高次諧波的發展。功率級原邊 PWM 電路：作為(wei) 功率級原邊開關(guan) 晶體(ti) 驅動器，具有 PWM （脈寬調製）信號生成和功率輸出狀態占空比管理（Duty Cycle）。常見的PWM 控製IC有UC3842/3843係列等。集成PFC/PWM控製：通過將兩(liang) 個(ge) 控製器組合在一個(ge) IC中，可以簡化電路，減少元件數量，縮小體(ti) 積，降低故障率。例如CM680X係列是一款PFC/PWM集成控製IC。

輔助電源電路集成組件：輔助電源電路在電源切斷後必須繼續輸出，因此必須是一個(ge) 獨立的係統。由於(yu) 輸出瓦數不需要太高，所以采用業(ye) 界低功耗集成器件，如PI的TOPSwitch係列作為(wei) 核心。

電源管理和監控 每個(ge) 輸出的 UVP（低電壓保護）、OVP（過壓保護）、OCP（過流保護）、SCP（短路保護）和 OTP（過溫保護）由我知道了。設定值後關(guan) 閉並鎖定控製電路，停止電源輸出，待故障排除後恢複輸出。

除了上述元件外，製造商還可以根據需要添加其他IC，例如風扇控製IC。

光耦

光耦合器主要用於(yu) 高壓和低壓電路之間的信號傳(chuan) 輸，它們(men) 保持電路隔離，以防止發生故障時兩(liang) 個(ge) 電路之間出現異常電流，從(cong) 而損壞低壓組件。其想法是利用發光二極管和光電晶體(ti) 管通過光發送信號，並且由於(yu) 它們(men) 之間沒有電路連接，因此兩(liang) 端的電路可以保持隔離。