开关电源的做工漫谈

来源:未知  发布时间:2013-09-23 19:28  Tags:开关电源 做工 
前言:电源作为消费性产品,漂亮的外包装固然需要,但电源的核心作用在于提供稳定纯净的电力,内在的质量才是更应该关注的焦点。劣质电源不仅直接影响了电脑的正常的使用,对主板、显卡等其它配件造成损害,而且这种电源所产生的电磁辐射,对人身健康也构成...

前言:电源作为消费性产品,漂亮的外包装固然需要,但电源的核心作用在于提供稳定纯净的电力,内在的质量才是更应该关注的焦点。劣质电源不仅直接影响了电脑的正常的使用,对主板、显卡等其它配件造成损害,而且这种电源所产生的电磁辐射,对人身健康也构成了潜在的威胁。

一、 开关电源的原理

PC电源的基本作用就是将交流电网的电能转换为适合各个配件使用的低压直流电供给整机使用。ATX类电源总共有六路输出,分别是+5V、-5V、+12V、-12V、+3.3V及+5Vsb。PC电源采用开关变换的技术,就是把交流电首先整流为300V左右的高压直流电,然后通过半导体开关变成连续的脉冲,再经变压器隔离降压及输出滤波后变为低压的直流电。输出电压的稳定则是依赖对脉冲宽度的改变来实现,这就叫做脉宽调制PWM。由高压直流到低压多路直流的这一过程也可称DC-DC变换,是开关电源的核心技术。采用开关变换的显著优点是大大提高了电能的转换效率,典型的PC电源效率为70~75%,而相应的线性稳压电源的效率仅有50%左右。

二、 滤波电路:

市电以及经过电源变压后的电流都不是很纯净,需要整流滤波电路进行修正。

EMI滤波:

DIY市场上销售的有的电源中,含有两道EMI滤波电路,其中一路在电源插座处(如图1),另外一路在电源的PCB板上(如图2),这两道EMI电路,可以很好地滤除电网中的高频杂波和同相干扰电流,另外,EMI电路也能够把电源中产生的电磁辐射削减到最低限度,使泄漏到电源外的电磁辐射量不至于对人身或其它设备造成不良影响。

也有把两道EMI滤波电路都做在PCB板上的情况。

从理论上讲,如果设计合理的话,一个EMI滤波电路也能达到良好的效果,但这也为了一些厂家偷工减料提供了便利,出于成本考虑,省掉了第一道EMI(如图4),至于是否达到电磁辐射的要求,那就是一个疑问了。

一些朋友在触摸机箱时,会有轻微的触电感,这也是因为使用了含有EMI滤波电路的电源的缘故,没有EMI电路的伪劣电源,反而不会产生触电的感觉。

高压滤波电路

高压滤波电路的主要元件是两个高压滤波电容,其作用是将脉动的直流电滤除交流成分而输出比较平稳的直流电,高压滤波电容在电源中的作用非常重要,因此往往也成为评测的焦点。

高压滤波电容的容量与功率有着一定的联系,一般来说,对于采用了无源PFC或者没有采用PFC电路的电源,额定功率在200W左右的往往采用330微法的电容,250W左右的电源往往使用470微法的电容,300W的电源往往使用680微法的电容。工控行业用电源对纹波的要求较高,因此有的电脑电源采用了高一号标准的电容,如额定200W功率的电源采用的是470微法的电容,额定250W功率的电源采用的是680微法的电容。

低压滤波电路

低压滤波电路主要滤除低压电流(+5V、+12V等)中的杂波,这部分电路容易被忽视,电路中要采用多个低电压高容量滤波电容,电容容量往往高达2200微法。

三、 PFC电路与3C认证

PFC是“功率因数校正”的意思。PFC电路在台湾和国外产的电源中较常见,在强制实施3C认证前,大陆产电源中很少有PFC>电路的。PFC电路与3C认证有强烈的关系,凡是3C认证的电脑电源,必须增加PFC>电路。在电源中增加PFC>电路,可以减少对电网的谐波污染和干扰。

PFC电路有两种:有源PFC和无源PFC。无源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,有源PFC由电感电容及电子元器件组成,能够获得更高的功率因数,但成本也相对较高。

航嘉的多数电源采用的是无源PFC S>7),而宽幅王则采用了有源PFC S>8)。有源PFC电路中往往采用高集成度的IC,采用有源PFC电路的PC电源可以得到高于0.99的线路功率因数,并具有低损耗和高可靠等优点,输出不随输入电压波动变化,因此可获得高度稳定的输出电压;采用有源PFC的电源不需要采用很大容量的滤波电容。

四、 保护和控制电路

好的电源要有完善的保护电路。四重保护电路:短路、过压、过载、过流,可很好地对电源及电脑配件进行保护。一些劣质电源出于成本的考虑,省掉了必要的保护电路,一旦发生故障,其结果将是灾难性的。

电源体积较小,要保证电源的品质,就必须在狭小的空间中安装足够多的元件,这同时也增加了电源的重量,在无法打开电源查看内部元件的情况下,掂量电源的重量也是一个简单的方法。

五、 电源的功率

电源能够输出的功率,与开关管、开关变压器、电源的散热设计都有关系,其中,开关管是关键部件。三极管输出电流越大、内阻越小,电源输出的功率就会越大。使用两个KSE13007三极管作为开关管,采用TO-220的封装,个头较小,使用这种元件的电源其输出功率一般只能最大输出200到250W;而使用TO-03封装的2SC2625三极管的电源可以提供250~300W的输出功率,这种三极管的个头要大一些,所以通过三极管外形的识别也能够快速的区分电源最大输出功率的高低。还有很多电源采用13009三极管,通常用在250~300W的电源上。

六、 电压的波动

电压的波动与电源的负载有很大关系,随着硬件数量的增加,耗电量也随之增加,电源各个输出端的输出电流也会明显增加,而电源固有的内阻将会损耗掉部分能量而导致输出电压逐渐降低,当负载超过电源的限度时其输出电压就会产生明显的下降,所以我们可以从电源的各个输出端电压值下降的幅度来判断电源是否已经出现功率不足的情况。

为了保证输出电压的稳定,ATX电源内部设计了一套补偿电路,能够根据输出电压下跌的幅度自动进行补偿来抵消输出电压的下降,但通常ATX电源并没有为每一路输出电压提供单独的稳压电路,而是同时补偿,比如+3.3V、+5V和+12V中的+5V因为负载太大而导致输出电压开始下降,电源会同时增加这三路的输出电压,并不会单独对+5V进行控制,其结果必然导致+3.3V和+12V的输出电压过渡补偿而超过额定的电压,当电源设计欠佳或输出功率不足时这种特有的现象就更加明显!

BIOS显示的电压以及一些检测软件检测的电压,往往与实际电压并不完全相等,其间存在着一定的误差,而且这种误差随着负载的增加而逐渐加大,开始时只有0.05~0.1V,到后来就增加到0.1~0.25V,所以大家不能完全信任主板监控得到的电压的大小,还是使用万用表测量更加准确,不过大家还是可以通过BIOS中轻重负载下电压变化的幅度来了解电源的情况,如果出现电压大跌大涨时同样说明电源的功率可能已经不足了。另外要注意的是,不同主板上BIOS显示的电压与实际电压的误差大小也不完全相同,有的主板上即使在轻负载下也有0.2V甚至更大的误差。

有的电脑电源对+5V和+12V的输出都有采取了一定的保护,当电压上升到危险的程度,电源将关断输出。

七、 细节部分

了解电源的品质,往往有些地方容易被我们忽视。

电源盖壳上的黄色马拉胶,为什么会有这么一条胶带呢?这是因为电源PCB板边缘与底座的铁板距离非常近,在使用时可能产生高压打火,贴上一条马拉胶可以防止高压打火。

黑色的“结”是一个磁环。电源内部有一些线圈,电流流过是会产生交变的磁场并向外辐射,而这个磁环就是来抵消磁场产生的电磁辐射的。其实在一些做工很不错的机箱中也可以见到这个东西。

散热片旁边的透明塑料隔离可以防止元器件之间意外接触散热片发生故障等。

除了以上的细节外,电源内部采用的固定胶水、焊点等也会影响电源的寿命。

电源原理并不复杂,技术含量也不是很高,不同厂家之间的技术水平、品质控制的差异,在产品的细节部份也可以体现出来。