开关电源的基本知识

1、开关电源的基本知识 一、电源的定义 将交流电转换为PC （个人电脑）电脑工作所需要的直流电的转换器。 二、电源的重要性 对于电脑来讲，最重要的两个硬件是 CPUS电源，CPU相当于人的大脑，电 源相当于人的心脏，据统计，电脑故障的 40%-60%是由电源引起的，而一台 电源只占整机的2%-3%电源选用不当，不但可能烧毁 CPU主板、硬盘， 还可能造成其它损失。 三、开关电源的工作原理及工作流程 开关电源的工作原理是通过运行高频开关技术将输入的较高的交流电压（AC） 转换为PC电脑工作所需要的较低的直流电压（DQ 工作流程：当市电进入电源后，先经过轭流线圈和电容滤去除高频杂波和干扰 信号，然后经

2、过整流和滤波得到高压直流电， 接着进入电源的核心部分 -开关电 路。开关电路把直流电转为高频脉动直流电，再送高频开关变压器降压，然后 滤除高频交流部分，这样最后输出供电脑使用相对纯净的低压直流电。 市电经过扼流线圈和电容滤除杂波和干扰信号。再经过电感线圈和电 容，通过全桥电路整流，和大容量的滤波电容滤波后，电流由高压交流电转为 高压直流电，再经过两个开关管的轮流导通的截止，将直流电转为高频率的脉 动直流电，接下来，再送到高頻开关变压器上进行降压。降压后的脉冲电压同 样要经过二级管和滤波电容进行整流和滤波，此外还会有碍 1-2 个电感线圈的 滤波电容一起滤除高频交流成分。 四、电源的接口 电源内

3、部提供多组接口，其中主要是二十芯的主板插头、四芯驱动器插头和四 芯小软驱专用插头。二十芯的主板插头只有一个且具有方向性，可以有效的防 止误插，插头上还带有固定装置可以钩住主板上的插座，不至于接反。 ATX 电 源接口根据输出电压的不同可分为 +5V、+12V、+3.3V、-5V、-12V和+5V SB等， 这些接线颜色也不同。 +5V （红色线）。主要用于主板供电，包括主板、内存、 CPU和一些主板上的 其他设备。光驱、硬盘的信号电器也由 +5V电源供电。 +12V （黄色线）。主要为标准设备的驱动电路供电例如风扇等散热系统供电， 一般连接到适配卡。 +3.3V （橙色线）。目前CPU AGP

4、的电压越来越低，因此新的 ATX规范增加了 3.3V电压，这样就不用由+5V转为+3.3V 了. -5V（白色线）、-12V （蓝色线）。这两个电压分加别支持ISA总线以及窜行口 等老式设备，现在比较少用到了。 +5V SB （紫色线）。与+5V电压完全一样，但自己独自一条电路，与其他供电 电路无关，而且电脑无论开机与否，只要电源通电就可以永远保持开通状态。 这种电源支持一些对系统激活的设备，例如支持网络唤醒的网卡等。 PS-ON线（绿色线）。复杂操作系统管理电源的开关， 是一种主板信号，和+5V SB 一起成为软电源，实现软件、网络唤醒等功能。 PG（ Power Good）信号（灰色线）。

5、PG信号线连接到主板上，并且受主板的 监控软件控制开机。系统启动前电压进行内部检查和测试就是通过这条线路完 成的，如果没有PG信号是无法开机的。 五、滤波电路 EMI 滤波电路 EMI 滤波电路主要作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰，同时也起到 减少开关电源本身开关电源本身对外界的电磁干扰。在优质电源中，都有两道 EMI滤波电路：一处在电源插座，另一处在电源的PCB板上。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，同时把电源中产生的电磁 辐射削减到最低限度，使泄到电源外的电磁辐射量不至于对人体或其他设备造 成不良影响。 需要指出的是，一部分电源触摸时会有轻微的触电感

6、，这正是因为含有EMI滤 波电路的缘故， 那些偷工减料的产品恰恰因为省了这部分， 反而没有这种感觉。 1. 高压滤波电路 主要采用两个高压滤波电路，将脉动的直流电滤除交流成分而输出比较平稳的 直流电。该部分在电源中的作用非常重要。其容量与电源功率有着一定联系， 一般来说，无论有源PFC或无源PFC电源，额定功率200W左右的一般采用330 微法的电容，250W左右的采用470微法电容，300W的采用680微法电容。 2. 低压滤波电路 低压滤波电路主要滤除低压电流（+5W +12V中的杂波，而此部分电路容易被 忽视，此处电路中的一般采用多个低电压高容量的滤波电容，其容量通常高达 2200 微法

7、。 3. 桥式整流器 将输入端的交流电转变为脉冲直流电，目前有两种形式：四个二极管组成桥式 整流电路或是将四个二极管封装在一起。这两种形式的效果一样，二极管正向 导通电源小于2A，反相击穿电压不小于700V。 4. PFC电路 我们之前提到的PFC电路，即功率因素校正电路。功率因素越高，电能利用就 越大，目前PFC电路有两种方式：无源PFC（被动式PFC和有源PFC（主动式 PFC）。 无源PFC通过一个工频电感来补偿交流输入的基波电流与电压的相位差，强 迫电流与电压相位一致。不过无源式PFC效率极低，一般只有 65%-70%而且 使用的电感非常笨重，但是因其成本很低，大部分CCC勺ATX电源

8、都采用此方 式。 有源PFC由电子元器件组成，体积小，重量轻，通过专用的IC去调整电流波 形的相位，效率大大提高至 98%以上。采用有源PFC的电源通常输入端只有一 个高压滤波电容，同时由于有源 PFC本身可作辅助电源，而且采用有源 PFC的 电源输出电压波纹极小。不过有源 PFC成本较高，因此，通常只能在高级应用 场合才能见到。 5. 开关三极管与变压器 开关三极管和开关变压器是开关电源的核心部件，通过自激式或它激式使开关 三极管工作在饱和、截止（即开、关）状态，从而在开关变压器的副绕组上感 应出高频电压，再经过整流、滤波和稳压后输出各种直流电压。所以开关三极 管和开关变压器是 ATX电源的

9、核心部件，其质量直接影响电源的好坏和使用寿 命，尤其是开关三极管，工作在高反压状态下，没有足够的保护电路，很容易 被击穿烧毁。开关三极管应当耐压程度不小于800V,输出电流通常不小于5A。 黄颜色部分即变压器，从左至右分别是高频开关变压器、驱动变压器和待机电 源。根据电磁学原理，开关变压器高压转变低压的转换比例主要由线圈的匝数 决定。一个体积较大的开关变压器可以传递更多能量。劣质电源都采用小型开 关变压器敷衍了事。 六、稳压电路和保护电路 稳压电路通常是从电源输出端的输出电压取样出部分电压与标准电压做比较， 比较出的差值经过放大后去驱动开关三极管，调节开关客的所占空比，从而达 到电压的稳定。

10、保护电路作用是通过检测各端输出电压或电流的变化，当输出端发生短路、过 压、过流、过载、欠压等现象时，保护电路动作，切断开关管的激励信号，使 开关管停振，输出电压和电流为零，从而起到保护作用。劣质电源在保护电路 上偷工减料，使保护电路形同虚设。保护电路具体分为四种： I过压保护功能：当电源输出电压超过其最大的限定电压时，电源会将其输出 自动关闭，以避免损坏负载的电路元件（如电脑系统配置） ，称之为过压保护。 过压保护测试是用来验证电源当出现上述异常状况以及电源内部回授控制电路 或零件损坏时，有可能产生异常之输出高电压时，能否正确地反应。当输入电 网电压或输出电压负载电流变化而电源的调整线路不完善

11、时，电源工作运行配 置所需要的电压是固定的，如果电源没有过电压保护线路或过电压保护线路失 效，将会因过电压造成电脑配件的损坏，即电压性损坏。反过来，如果有此过 电压保护线路，当发生以上情况时，电源不再向电脑提供其他信号，也就是不 会影响电脑系统任何配置，从而达到保护的功能。 II 短路保护功能： 当电源的输出短路时，则电源应该限制其输出电流或关闭，以避免电路元件损 坏。短路保护测试是验证由配线连接错误，或使用电源的元件或零组件故障所 导致的短路时电源能否正确地反应。当发生短路时，电路应立即关闭输出，否 则短路所产生的大电流烧毁电脑配置或电源部件。 III 过电流保护功能：当电源的输出电流超过额

12、定时，电源应该限制其输出电 流或关闭输出，以避免负载电流过大而损坏或发生危险，或者电源内部零件损 坏或发生危险。 IV 过功率保护功能：当电源的输出功率（单一输出或多组输出）超过额定功率 时，电源应该限制其输出功率或关闭其输出，以避免负载功率过大而损坏或发 生危险。而电源内部零件损坏而造成较大的负载功率时，则电源也应该关闭或 限制其输出， 以避免损坏。 过功率保护测试是验证当上述任何一种状况发生时， 电源能否正确地反应。 V 其他部分 电源的一个不被人注意的重要组成部分就是电源风扇，它负责将电源内的热空 气抽出，风扇的排风量和噪音是电源风扇的的两个重要性指标。 打开电源盖，可以看到源盖壳上的黄

13、色马拉胶带，这是为了防止电源PCB板边 缘与底座的铁板因为距离太近，而造成使用时高压打火。而贴上一条黄色马拉 胶带可以防止高压打火。散热片附近的塑料隔离可以防止元器件之间意外接触 散热片而发生故障。 高档电源的 220V 交流输出插座采用带有滤波器的一体化插座，尽管会增加近 20 元成本，但是对于净化电源，吸收浪涌电流都用好处。 总的来说，电源的原理和技术含量并不复杂，不同厂家之间存在的是技术水平 和品质控制的差异，而这些差异可以从产品的细节部分看出来。那么应当如何 挑选一款适合自己的电源呢？我们就下面就将指导您挑选一款合格的电源。 七、实战检验如何判断电源功率 谈到电源的挑选问题，大多数人都

14、会认为要买大功率电源才能满足电脑正常工 作的需求，于是一些假300W电源如雨笋般涌出。 那么一台电脑到底要配多少功率的电源？是否越大越好呢？要回答这个问题， 我们就首先要明白电源功率的计算。 ATX 电源的计算方法没有固定公式，仅仅 把各路输出简单相加的方法是错误的。一些电源在铭牌上标出各路输出简单相 加的值或是将电源的峰值当成有效功率当成有效功率的标注，有误导消费者的 嫌疑。 电源的功率可分为：额定功率、最大功率、峰值功率，其定义分别是： 额定功率：环境温度在-550度之间，输出电压在180V264V之间，电源可 以长时间稳定输出的功率。 不过额定功率并不能很好反映电源的实际负载能力。 最大

15、功率：环境温度在 25度左右，输出电压在220V264V之间，电源可以长 时间稳定输出的功率。最大功率通常又称为输出功率，通常要高于额定功率几 十瓦。 峰值功率：电源在极短时间内能达到的最大功率，时间仅能维持 30秒左右。峰 值功率和电脑冷启动时需要的最大功率有关 普通电脑所需的功率消耗 硬件 型号 功率 CPU CR2.4-P42.4 60-70W 主板 集成声卡 35W 显卡 AGP显卡1 30W 硬盘 80G 30W DVD 16X 25W CD刻录 25W 内存 256M 5W 软驱 5W 网卡 3W CPU风扇 3W 键盘 1.5W 鼠标 1.5W 合计 234W 需要注意的是，在实

16、际电脑工作中并不是所有的配件都同时 激活,实际消耗功率要低于估算消耗功率.在组装电脑时，你需要 先根据您电源的额定功率估算您实际消耗功率 ，一般来说，实际 消耗功率二估算消耗功率X 70%. 实际消耗功率=234X 70%=163.8W对于普通用户来说买一个实际 输出200W的电源就足够 硬件功耗一览表 硬件名称 系列 功耗 CR CPU CR2.4-2.53 6080W P4 CPU P4 2.4A 2.8E 7090W AMD CPU 2500+-2800+ 75-80W 主板 整合/非整合 35W/25W 显卡 GFORCE 440 30W 显卡 ATI9800-NVIDIA5950 6

17、0-75W 硬盘 60-80G 23-28W 光驱 20W DVD刻录机 25W 内存 5W 网卡 3W cpiM 扇 3W 键盘/鼠标 1. 5W 软驱 5W USB设备 5W 1394 接口 8W 额定电源功率下电脑的安全配置（以INTEL为标准） 150W（单硬盘单光驱） 180W双硬盘单光驱 OR单硬盘双光驱） 主板 P4系列 主板 P4系列 CPU P4 1.5GHZ CPU P4 1.8GHZ 内存 512M 内存 1G 硬盘 40G(5400RPM) 硬盘 40G(7200RPM) 光驱 48X 光驱 50X 刻录 机 32X 刻录机 40X 显卡 GEFORCE2-32M 显卡

18、 GEFORCE2-64M 软驱 1.44M 软驱 1.44软驱 可配电源：达硕及金河田全系列 可配电源：达硕及金河田全系列 200W双硬盘单光驱OR单硬盘双 光驱） 230W双硬盘双光驱） 主板 P4系列 主板 P4系列 CPU P4 2.2GHZ CPU P4 2.4GHZ 内存 2G 内存 3G 硬盘 60G(7200RPM) 硬盘 60G(7200RPM) 光驱 52X 光驱 52X 刻录 机 42X 刻录机 42X 显卡 GEFORCE4-64M 显卡 GEFORCE4-64M 软驱 1.44M 软驱 1.44M 可配电源：达硕05版及金河田全 系列 可配电源：达硕05版及金河田全系

19、列 250W双硬盘双光驱） 300W双硬盘双光驱） 主板 P4系列 主板 P4系列 CPU P4 2.8GHZ CPU P4 3.06GHZ 内存 3G 内存 4G 硬盘 80G(7200RPM) 硬盘 120G(7200RPM) 光驱 52X 光驱 56X 刻录 机 42X 刻录机 48X 显卡 GEFORCE4-128M 显卡 GEFORCE5600-128M 软驱 1.44M 软驱 1.44M 可配电源达硕05版、325及海象全 系列 可配电源：金河田325及海象380电源 因现在市场上主板质量较滥，所以上配置为按照正规厂商生产比较标准的主板，以上配 置仅供参考 八、透过现象看本质看外观

20、选电源 明白了如何判断电源功率之后，还必须如何从外观上挑选电源。因为购买电源 是不能打开外壳观察的，而且用户一般也缺乏专业的电源知识，仅能从外观判 断，这就需要了解一些简单的判断方法。各位读者朋友选购时应当从以下几个 方面判断： 1. 电源重量 优质电源手感沉重，而劣质电源手感很轻。不过采用被动式PFC的电源重量较 重，采用主动式的PFC电源较轻，这是要先确定电源是主动式还是被动式再作 判断。 2. 散热片 优质电源散热片大而厚且与风扇垂直，劣质的小而薄。 3. 变压器 优质电源变压器一般达到电源高度的 2/3 ，而且直径较大，劣质电源的通常高 度较低达不到电源的一半高度， 而且直径细小， 这种变压器不能用于 12 厘 米大风扇电源。 4. EMI滤波电路 优质电源都有二级EMI滤波电路，而劣质电源则省掉