开关电源工作原理详细解析

开关电源工作原理详细解析.....................................................................1

线（性电源知多少1

开关电源知多少........................................................................3

PC电源的内部.........................................................................5

倍压器和一次侧整流电路..............................................................11

主动式PFC［有源PFC】电路..........................................................13

开关晶体管...........................................................................16

【半桥，全桥，反激，正激拓扑结构的区别和特点】....................................19

变压器和PWM控制电路...............................................................22

二次侧...............................................................................24

二次侧（续）.........................................................................27

如何从电源内部用料看电源质量！！！................................................................................................................................30

第一部分：用料篇，这里只介绍电源其中关键部分一一高压电容...............................30

第二部分：结构篇，这里介绍电源的PFC电路结构和拓扑结构。..............................32

常见的PFC,主要有三种：被动式PFC,主动式PFC和交错式PFC。......................36

电源拓扑结构：半桥与正激【参看第一篇P16】........................................42

第三部分：选购篇.........................................................................62

第四部分：电源的PFC电路结构和拓扑结构对低压载波的影响。..............................65

第五部分：电源二次侧输出电容对输出波纹的影响。.........................................66

第六部分：同步整流对电源的转换效率和发热的影响。.......................................66

80PLUS金牌认证一达90%高效率的游戏高手Acel200W电源拆解...................................70

游戏高手Acel200W电源拆解及电路分析................................................71

游戏高手ACE-1200W效率测试.........................................................81

ENERMAXPlatimax1200W.....................................................................................................................................................84

PC电源入门与进阶，从磁放大技术谈电压稳定性.................................................90

什么是"负载调整率"和“电压偏离率”...................................................90

“单路磁放大”和"双路磁放大”的定义...................................................90

“单路磁放大”和"双路磁放大”的区分...................................................91

“单路磁放大”和"双路磁放大”的性能差异...............................................93

DC-DC输出技术介绍..........................................................................98

开关电源工作原理详细解析

个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术，所以我们经常会将个人PC电源称之

为开关电源（SwitchingModePowerSupplies,简称SMPS）,它还有一个绰号DC-DC转化器。本

次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功

能。

•线性电源知多少

目前主要包括两种电源类型：线性电源(linear)和开关电源(switching)。

线性电源的工作原理是首先将127V或者220V市电通过变压器转为低压交流电，比如说12V;然后

再通过一组二极管进行全桥整流，将低压AC交流电转化为脉动直流电压；下一步需要对脉动电压进行滤

波，通过电容完成，将这个脉动直流波形滤成近似平滑的直流电，此时得到的低压直流电依然不够纯净，

会有一定的波动(这种电压波动就是我们常说的纹波)，所以还需要一级电压调节提供稳定的输出，使用

?20VyTransformefRectificationFilteringRegulation

图1：标准的线性电源结构框图

YVW

t

5

VA

图2:线性电源上各处的电压波形

尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电，比如说手机充电器、无绳电话、PlayStation/Wii/Xbox等

游戏主机等等，但当需要更大功率时，线性电源的体会变得很大。

对于线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：也即说如果输入市电的

频率越低时，线性电源就需要越大的电容和变压器，反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz(有些国家是

50Hz)频率的AC市电，这是一个相对较低的频率，所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此

外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。

由此可见，对于个人PC领域而言，制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动，因为它的体积将会非

常大、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线性电源。

•开关电源知多少

开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言，AC输入电压的频率

在进入变压器之前就要被提升（升压前一般是50-60KHz）。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元

器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的

设备所需要的。需要说明的是，我们经常所说的“开关电源"其实是“高频开关电源”的缩写形式，和电

源本身的关闭和开启式没有任何关系的。

事实上，终端用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案：闭合回路系统（closedloopsystem）—

负责控制开关管的电路，从电源的输出获得反馈信号，然后根据PC的功耗来增加或者降低变压器初级电

压的占空比（这个方法称作PWM,PulseWidthModulation,脉冲宽度调制）。所以说，开关电源可以根据

与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整，从而可以让变压器以及其他的元器件带走更少量的能量，

而且降低发热量。

反观线性电源，它的设计理念就是功率至上，即便负载电路并不需要很大电流。这样做的后果就是所

有元件即便非必要的时候也工作在满负荷下，结果产生高很多的热量。

下图3和4描述的是开关电源的PWM反馈机制。

图3描述的是没有PFC（PowerFactorCorrection,功率因素校正）电路的廉价电源，

图4描述的是采用主动式PFC（或叫有源PFC）设计的中高端电源。

图3:没有PFC电路的电源

图4:有PFC电路的电源

通过图3和图4的对比我们可以看出两者的不同之处：一个具备主动式PFC电路而另一个不具备，前

者没有110/220V转换器以及电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式PFC电源的讲解。

为了让读者能够更好的理解电源的工作原理，以上我们提供的是非常基本的图解，图中并未包含其他

额外的电路，比如说短路保护、待机电路以及PG信号发生器等等。当然了，如果您还想了解一下更加详

尽的图解，请看图5。如果看不懂也没关系，因为这张图本来就是为那些专业电源设计人员看的。

图5:典型的低端ATX电源设计图

【一台典型的低端ATX电源供应器的原理图，半桥结构无PFC,控制方案采用典型的TL494芯片，配合

LM393比较器、TL431c基准电压源等附加电路】

【注：现在TL494及其同型芯片是低端半桥开关电源上非常常见的一款控制方案，配合339电压比较器和

431基准电压源等周边电路组成低端开关电源的方案非常成熟，可以上至最高500W。与TL494同型的芯片

常见的还有KA7500系列以及集成了494+339+431功能的SG6105等集成型控制器。我们后面会讨论。】

你可能会问，图5设计图中为什么没有电压整流电路？事实上，PWM电路已经肩负起了电压整流的

工作。输入电压在经过开关管之前将会再次校正，而且进入变压器的电压已经成为方形波。所以，变压器

输出的波形也是方形波，而不是正弦波。由于此时波形已经是方形波，所以电压可以轻而易举的被变压器

转换为DC直流电压。也就是说，当电压被变压器重新校正之后，输出电压已经变成了DC直流电压。这

就是为什么很多时候开关电源经常会被称之为DC-DC转换器。

连接PWM控制电路的反馈环负责所有必需的调节功能。如果输出电压过高或过低，PWM控制电路

就变换开关管控制信号的占空比以修正输出电压。这一情形典型地发生在PC功耗升高的时候，此时输出

电压有下降的趋势；或者PC功耗下降的时候，此时输出电压有上升的趋势。

在看下一页前，我们有必要了解一下以下信息:

★在变压器之前的所有电路及模块称为"primary”（一次侧），在变压器之后的所有电路及模块称为

"secondary"（二次侧）；

★采用主动式PFC设计的电源不需要110V/220V转换器，也没有倍压电路；

★对于没有PFC电路的电源而言，如果110V/220V输入电压被设定为110V,输入电压接入倍压器电路,

使输入整流桥的交流电压保持在220V左右。

★PC电源上的开关管由一对功率MOSFET管构成（或者BJT双极型晶体管）构成，实际上逆变级还有几

种不同的组成方式，之后我们将会详解；

★加在变压器一次侧的电压为方波，所以变压器二次侧输出的也是方波，而非正弦波；

★PWM控制电流往往都是集成电路，通常是通过一个小的变压器与一次侧隔离，而有时候也可能是通过

耦合芯片（一种很小的带有LED和光电晶体管的IC芯片）和一次侧隔离；

★PWM控制电路参考电源的输出电压来确定如何控制开关管的开关。如果输出电压有偏离，PWM控制电

路改变驱动开关管的波形（改变占空比）来修正输出电压。

下一页我们将通过图片来研究电源的每一个模块和电路，通过实物图形象的告诉你在电源中何处能找

到它们。

•PC电源的内部

当你第一次打开一台电源后（确保电源线没有和市电连接，否则会被电到），你可能会被里面那些奇

奇怪怪的元器件搞得晕头转向，但是有两样东西你肯定认识：电源风扇和散热片。

图6:一台（低端）电源的内部

但是您应该很容易就能分辨出电源内部哪些元器件属于一次侧，哪些属于二次侧。

一般来讲，如果你看到一个（采用主动式PFC电路的电源）或者两个（无PFC电路的电源）很大的

滤波电容的话，那一侧就是一次侧。

【注：关于输入端电解电容的配置方式有几种常见情况。

对于无PFC或无源PFC电源而言，由于需要倍压输入电路，一般使用两个200V左右的大电容串联的

接法。对于有源PFC电源，由于不需要倍压输入电路，一般就使用一颗400V左右的电容。

但是对于有源PFC电源而言，虽然不需要两颗电容组成倍压输入电路，也有可能使用两颗200V电容

串联的方案，比如航嘉和Topower的一些电源（宽幅王二代之类），可能是基于与低端型号共用一套方案

的考虑。】

一般情况下，在电源的两个散热片之间都会安排3个变压器，比如说图7所示，主开关变压器是最大

个的那颗；中等“体型"的那颗【待机变压器】往往负责+5VSB输出【属于线性电源】；而最小的变压器

（驱动变压器）用于PWM控制电路，用于隔离一次侧和二次侧部分（这也是为什么在上文图3和图4中

的变压器上贴着“隔离器”的标签）。有些电源并不使用变压器作为“隔离器”，而是采用一颗或者多颗

光耦（看起来像是IC整合芯片），也即说采用这种设计方案的电源只有两个变压器——主变压器和辅变

压器。【2个变压器+光耦】

电源内部一般都有两个散热片，一个属于一次侧，另一个属于二次侧。如果是一台主动式PFC电源，

那么它的在一次侧的散热片上，你可以看到开关管、PFC晶体管以及二极管。这也不是绝对的，因为也有

些厂商可能会选择将主动式PFC组件安装到独立的散热片上，此时在一次侧会有两个散热片。

在二次侧的散热片上，你会发现有一些整流管，它们看起来和三极管有点像，但事实上，它们都是有

两颗功率二极管组合而成的。

在二次侧的散热片旁边，你还会看到很多电容和电感线圈，共同共同组成了低压滤波模块——找到它

们也就找到了二次侧。

区分一次侧和二次侧更简单的方法就是跟着电源的线走。一般来讲，与输出线相连的往往是二次侧,

而与输入线相连的是一次侧（从市电接入的输入线）。如图7所示。

图7:区分一次侧和二次侧

以上我们从宏观的角度大致介绍了一下一台电源内部的各个模块。下面我们细化一下，将话题转移到

电源各个模块的元器件上来……

•瞬变滤波电路

PC电源的第一级电路是瞬变滤波电路(TransientFiltering),也就是我们常说的EMI电路。下图8描

述的是一台PC电源的“推荐的”的瞬变滤波电路的电路图。

图8:推荐的二级LC瞬变滤波电路

【注：瞬变滤波电路不仅能保护电源及设备不受市电突波的侵害，也能抑制开关电源产生的传导骚扰窜入

市电。在交流输入端的这一组电路实际上是两级，一级负责交流滤波而一级负责抑制电压突波。因为交流

滤波电路的元件同样对电压瞬变有抑制作用，所以也可以视为瞬变抑制电路的一部分。】

为什么要强调是“推荐的”的呢？因为市面上很多电源，尤其是低端电源，往往会省去图8中的一些

元器件。所以说通过检查EMI电路是否有缩水就可以来判断你的电源品质的优劣。

EMI电路电路的主要部件是MOV(MetalOxideVaristor,金属氧化物压敏电阻)，或者压敏电阻(图8

中RV1所示)，负责抑制市电瞬变中的尖峰。MQV元件同样被用在浪涌抑制器上(surgesuppressors)。

尽管如此，许多低端电源为了节省成本往往会砍掉重要的MOV元件。对于配备MOV元件电源而言，有

无浪涌抑制器已经不重要了，因为电源已经有了抑制浪涌的功能。

【注：瞬变抑制器件除了压敏电阻以外，还有输出瞬态抑制二极管(Transientprotectiondiode)和充气

式电涌放电器(Gas-filledsurgearrester)。它们各有优缺点，没有一个瞬变抑制器件能接近理想要求，实际

使用当中是严格地设计使其相互配合，尽可能涵盖所有应用场合的。】

图8中的LIandL2是铁氧体线圈；ClandC2为扁平状的电容，通常是蓝色的，这些电容通常也叫"Y"

电容；C3是金属化聚酯膜电容，通常容量为100nF、470nF或680nF,也叫"X”电容；有些电源配备了两

颗X电容，和市电并联相接，如图8RV1所示。

【注：Y电容负责滤除共模干扰，X电容负责滤除差模干扰。它们都属于安规电容。下面引用一篇来自

的介绍X电容与Y电容的文章----

在交流电源输入端,一般需要增加3个安全电容来抑制EMI传导干扰。____________

交流电源输入分为3个端子：火线(L)/零线(N)/地线(G)。在火线和地线之间以及在零线和地线之

间并接的电容，一般统称为Y电容。这两个Y电容连接的位置比较关键，必须需要符合相关安全标准，以防

引起电子设备漏电或机壳带电溶易危及人身安全及生命。它们都属于安全电容，从而要求电容值不能偏尢

而耐压必须较高。一般情况下，工作在亚热带的机器,要求对地漏电电流不能超过0.7mA;工作在温带机器，要

求对地漏电电流不能超过0.35mA。因此,Y电容的总容量一般都不能超过4700PF(472)。

特别指出：作为安全电容的Y电容，要求必须取得安全检测机构的认证。Y电容外观多为橙色或蓝色，一般

都标有安全认证标志（如UL、CSA等标识）和耐压AC250V或AC275V字样。然而,其真正的直流耐压高

达5000V以上。必须强调,Y电容不得随意使用标称耐压AC250V或者DC400V之类的普通电容来代用。

在火线和零线之间并联的电容，一般称之为X电容。由于这个电容连接的位置也比较关键，同样需要符合相

关安全标准。X电容同样也属于安全电容之一。根据实际需要,X电容的容值允许比Y电容的容值大，但此

时必须在X电容的两端并联一个安全电阻，用于防止电源线拔插时，由于该电容的充放电过程而致电源线插

头长时间带电。安全标准规定，当正在工作之中的机器电源线被拔掉时，在两秒钟内，电源线插头两端带电的

电压（或对地电位）必须小于原来额定工作电压的30%。

作为安全电容之一的X电容，也要求必须取得安全检测机构的认证。X电容一般都标有安全认证标志和耐压

AC250V或AC275V字样，但其真正的直流耐压高达2000V以上,使用的时候不要随意使用标称耐压AC250V

或者DC400V之类的的普通电容来代用。

通常,X电容多选用纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容。这种类型的电容，体积较大，但其允许瞬间充放电的

电流也很大,而其内阻相应较小。普通电容纹波电流的指标都很低，动态内阻较高。用普通电容代替X电容,

除了电容耐压无法满足标准之外，纹波电流指标也难以符合要求。】

X电容可以任何一种和市电并联的电容；Y电容是成对出现的，需要串联连接到火、零之间并将两个

电容的中点接地，也就是连到电源的外壳上，对于市电输入而言它们是并联的。

瞬变滤波电路不仅可以起到给市电滤波的作用，而且可以阻止开关管产生的噪声干扰到同在一根市电

上的其他电子设备。

一起来看几个实际的例子。如图9所示，你能看到一些奇怪之处吗？这个电源居然没有瞬变滤波电路!

这是一款低廉的“山寨”电源。请注意，看看电路板上的标记，瞬变滤波电路本来应该有才对，但是却被

丧失良知的黑心JS们带到了市场里。

图9:这款低廉的“山寨”电源没有瞬变滤波电路

再看图10实物所示，这是一款具备瞬变滤波电路的低端电源，可以看出，MOV不见了，而线圈只有

一个（L2线圈缺失）。另一方面这个电源市电端有一个额外的X电容（对应图8中RV1的位置）。

图10：低端廉价电源的EMI电路

在一些电源当中瞬变滤波电路分成两部分，一部分焊在市电输入插座上而另一部分在主PCB上，如下图

11和12所示。

图11:一级EMI配备了一个X电容和一个铁素体电感

再看这款电源的二级EMI。在这里我们能看到MOV压敏电阻，尽管它的安置位置有点奇怪，位于第

二个铁氧体的后面。总体而言，应该说这款电源的EMI电路是非常完整的。

图12:完整的二级EMI

值得一提的是，以上这款电源的MOV压敏电阻是黄色的，但是事实上大部分MOV都是深蓝色的。

此外，这款电源的瞬变滤波电路还配备了保险管(图8中F1所示)。需要注意了，如果你发现保险

管内的保险丝已经烧断了，那么可以肯定的是，电源内部的某个或者某些元器件是存在缺陷的。如果此时

更换保险管的话是没有用的，当你开机之后很可能再次被烧断。

•倍压器和一次侧整流电路

上文已经说过，开关电源主要包括主动式PFC电源和被动式PFC电源，后者没有PFC电路，但是配

备了倍压器(voltagedoubler)。倍压器采用两颗巨大的电解电容，也就是说，如果你在电源内部看到两颗

大号电容的话，那基本可以判断出这就是电源的倍压器。前面我们已经提到，倍压器只适合于127V电压

的地区。

【注：在输入电压为110V时，通过连通110V输入开关，整流桥中的两个二极管处于反偏状态，另两个二

极管在正负半个周期内轮流为电容充电，电容上的电压就是火线零线之间的电压绝对值。因为输出电压是

两颗电容串联的电压，所以就起到了倍压整流的效果。

当输入电压为220V时一定不能将开关扳到倍压整流模式，否则一次侧整流输出电压过高会烧电源。

倍压输入电路的电容容量随不同结构有不同的需求。对于半桥拓扑的电源，一次侧的两颗大电容的容量要

求比较高。

无PFC或无源PFC的电源需要倍压输入电路，因而一次侧大电容是两颗200V左右串联的规格；而配备有

源PFC的电源，PFC电路本身就能完成升压功能，经过有源PFC电路输出的直流电压在300~415V左右，

因而不需要倍压电路，电容是耐压值400V左右的规格。】

图13:两颗巨大的电解电容组成的倍压器

图14:拆下来看看

在倍压器的一侧可以看到整流桥。整流桥可以是由4颗二极管组成，也可以是有单个元器件组成，如

图15所示。高瓦数电源的整流桥一般都会安置在专门的散热片上。

图15:整流桥

在一次侧部分通常还会配备一个NTC热敏电阻------种可以根据温度的变化改变电阻值的电阻器。

NTC热敏电阻是NegativeTemperatureCoefficient的缩写形式。它的作用主要是用来当温度很低或者很高时

重新匹配供电，和陶瓷圆盘电容比较相似，通常是橄榄色。

【注：NTC热敏电阻的工作原理如下。

在计算机冷启动时会产生一个很大的浪涌电流，可能烧毁电源和主机内部，而NTC热敏电阻具有负的温

度系数，阻值对温度呈负指数关系，零功率下有一个较高的阻值而工作温度下阻值接近零。因而在冷启动

初始时NTC电阻串入电路可以将浪涌电流大部分抑制掉。当计算机工作少许时间后，NTC电阻温度上升

到工作区间，自身阻值下降到很低的数值可以忽略不计，不会对输出电流产生影响，可以避免过多功耗。

采用热敏电阻抑制浪涌的一个缺点是，当第一次通电时需要花一些时间让其电阻下降到工作阻值。如果此

时交流输入过小，调整也就无法形成足够的升温期。再者，当关断电源后快速地重新接通时，热敏电阻还

未完全冷却，将部分丧失浪涌抑制功能。这也就是为何短暂地关掉又开启电源是有害操作的原因，除非有

针对这种情况的专门设计。

电源的防浪涌电流设计还有其它几种方式。串联普通电阻而非热敏电阻是小功率应用中的一种简单做法，

但是在电流增大时显然导通损耗会比较大。对于大功率变换器可采用有源抑制电路，在启动之后使用双向

三极晶闸管或继电器将抑制电阻旁路掉，对晶闸管或继电器的工作方式需要合适的电路来控制。】

•主动式PFC【有源PFC】电路

毫无疑问，这种电路仅可以在配有主动PFC电路的电源中才能看到。图16描述的正是典型的PFC电

路:

图16:主动式PFC电路图

主动式PFC电路通常使用两个功率MOSFET开关管。这些开关管一般都会安置在一次侧的散热片上。

为了易于理解，我们用在字母标记了每一颗MOSFET开关管：S表示源极（Source）,D表示漏极（Drain）、

G表示栅极（Gate）。

PFC二极管是一颗功率二极管，通常采用的是和功率晶体管类似的封装技术，两者长的很像，同样被

安置在一次侧的散热片上，不过PFC二极管只有两根针脚。

PFC电路中的电感是电源中最大的电感；一次侧的滤波电容是主动式PFC电源一次侧部分最大的电解

电容；图16中的电阻器是一颗NTC热敏电阻，可以更加温度的变化而改变电阻值，和二级EMI的NTC

热敏电阻起相同的作用。

【PFC输出电容：容量通常要比被动式的主电容要小很多】

主动式PFC控制电路通常基于一颗IC集成电路，有时候这种集成电路同时会负责控制PWM电路（用

于控制开关管的闭合）。这种集成电路通常被称为"PFC/PWMcomb。”.

照旧，先看一些实例。在图17中，我们将一次侧的散热片去除之后可以更好的看到元器件。右侧是

瞬变滤波电路的二级EMI电路，上文已经详细介绍过；左侧，全部都是主动式PFC电路的组件。由于我

们已经将散热片去除，所以在图片上已经看不到PFC晶体管以及PFC二极管了。此外，稍加留意的话可

以看到，在整流桥和主动式PFC电路之间有一个X电容（整流桥散热片底部的棕色元件）。通常情况下，

外形酷似陶制圆盘电容的橄榄色热敏电阻都会包着热缩管。我们刚刚提到，这个电源当中能找到的最大个

的线圈通常是有源PFC的线圈。

图17:主动式PFC元器件

图18是一次侧散热片上的元件。左边是PFC电路的一对功率MOSFET和功率二极管；右侧还能看到

这台电源的两个主开关管（这里是MOSFET）,下面我们将重点介绍开关管……

ActivePFCTransistors

图18:开关管、功率二极管

•开关晶体管

开关电源的开关逆变级可以有多种模式，我们总结了下面最常见的几种模式:

模式开关管数量二极管数量电容数量变压器针脚（原边）

单端正激1114

双管正激2202

半桥2022

全桥4002

拉;挽2003

当然了，我们只是分析某种模式下到底需要多少元器件，事实上当工程师们在考虑采用哪种模式时还

会收到很多因素制约。

目前最流行的两种模式是双管正激（two-transistorforward）和半桥式（原文是push-pull）设计，两者

均使用了两颗开关管。这些被安置在一次侧散热片上的开关管我们已经在上一页有所介绍，这里就不做过

多赘述。

以下是这五种模式的设计图：

图19：单端正激(Single-transistorforwardconfiguration)

Secondary

Isolator-

图20:双管正激(Two-transistorforwardconfiguration)

1321:半桥(Halfbridgeconfigurarion)

+Bus

Secondary

PWM

Control

B

us

Isolator<

图22:全桥(Fullbridgeconfiguration)

Secondary

Isolator

图23：推挽(Push-pullconfiguration)

【通常情况下单端反激式的用得比较多，而单端正激式的用得少。

单端正激式开关电源中通常用绕组复位，而也加CD来进行尖峰吸收。至于为什么要用绕组复位，因为单

端的开关电源绕组中的电流是脉冲，单向，而非双向的交流。…因此，正激式变压器开关电源的变压器的

体积要比反激式变压器开关电源的变压器的体积大。

单端反激式的开关电源由于原边产生的磁通与副边产生的磁通方向正好相反，所以可以抵消。但当原边截

副边导通的时候原边会产生反射电压，为了防止反射电压的叠加引起开关管(MOS管)损坏，因为要加上

钳位二极管。

单端正激式的开关电源由于原边与副边是同时导通和截止的，输出端要加一个电感器储存能量，输出这个

电感量越大，折算到原边的电感量也大使原边电流越小。在原边必须附加一个去磁绕组加二极管进行去磁

复位，因为单端正激式开关电源的高频变压器磁通工作在磁滞回线的一侧必须要遵循磁通复位的原则。如

果不加去磁绕组，在变压器中储存的能量将导致开关管（MOS管）承受很高的电压幅值，并且在瞬态过程

中高频变压器的漏感引起的关断电压尖峰值也会叠加在开关管上，这样很容易就将功率开关管击穿了。所

以必须加去磁绕组电路将原边的高压限制在允许范围内。12V/15A开关电源如果不做PFC最好用反激式，

做起来简单，不用复位绕组，输出也无需加续流二极管。而且输入电压范围可以很宽，如60V-300VAe都

可以正常工作。

通常做的开关电源，反激式一般做到250W以下，250W到2500W用半桥，再大就用全桥【也有说100W内

用反激,500W内用正激,500W1以上用谐振】。

正激管子耐压也要比反激的用得高，成本也会更高，还要加续流。

反激式可做小功率，成本低，调试相对简单些，所以在小功率电源中常用.

原理：就是一个通过储能再通过变比进行变压的，一个是直接通过变比进行变压的。

正激初级绕组同名端都是正极所以叫正激；反激一个在正，一个在负所以叫反激。

输出：正激须增加输出储能电感，且整流部分需增加续流二极管；

反激不用增加输出储能电感，因为能量能储存在次级线圈中；

正激和反激最重要的区别是变压器初次级的相位是反相的；

正激与反激的工作最大区别是，当开关管关断时，正激的输出主要靠储能电感和续流二级管来维持输出；

而反激的输出主要靠变压器次级释放能量来维持输出（方波电压加到变压器的一次时，变压器的二次不输

出电压）

正激电路是在初级电流的上升过程，次级的电流也跟着上升，这时的电路图同名端个相同。反激电路的初

级电流上升作为磁势储存在磁芯内部，当初级电流下降，所储存磁势通过次级二极管释放。即初级有电时

次级没有电。初级没有电时次级有电。

简单说：开关管与整流管同时开的是正激，因此变压器不需要存磁能，可以降低体积提高功率；

反之是反激，主绕组先保存磁能，在开关管关闭后通过整流管泄放磁能，因此变压器要大；

正激在电流不连续时会使输出电压不稳，因此不能空载工作；

主要就是变压器工作方式不同。简单的说就是开关管打开的时候工作的是正激。关断时工作的是反激。

■S.H及•式变・■结府・耳府

•【半桥，全桥，反激，正激拓扑结构的区别和特点】

1、单端正激式

单端——通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器；

正激——脉冲变压器的原/付边相位关系，确保在开关管导通，驱动脉冲变压器原边时，变压器付边

同时对负载供电。

该电路的最大问题是：开关管T交替工作于通/断两种状态，当开关管关断时，脉冲变压器处于“空载”

状态，其中储存的磁能将被积累到下一个周期，直至电感器饱和，使开关器件烧毁。图中的D3与N3构

成的磁通复位电路，提供了泄放多余磁能的渠道。

2、单端反激式

反激式电路与正激式电路相反，脉冲变压器的原/付边相位关系，确保当开关管导通，驱动脉冲变压

器原边时，变压器付边不对负载供电，即原/付边交错通断。脉冲变压器磁能被积累的问题容易解决，但

是，由于变压器存在漏感，将在原边形成电压尖峰，可能击穿开关器件，需要设置电压钳位电路予以保护

D3、N3构成的回路。从电路原理图上看，反激式与正激式很相象，表面上只是变压器同名端的区别，但

电路的工作方式不同，D3、N3的作用也不同。

3、推挽（变压器中心抽头）式

这种电路结构的特点是：对称性结构，脉冲变压器原边是两个对称线圈，两只开关管接成对称关系,

轮流通断，工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。

主要优点：高频变压器磁芯利用率高（与单端电路相比）、电源电压利用率高（与后面要叙述的半桥电路

相比）、输出功率大、两管基极均为低电平，驱动电路简单。

主要缺点：变压器绕组利用率低、对开关管的耐压要求比较高（至少是电源电压的两倍）。

4、全桥式

这种电路结构的特点是：由四只相同的开关管接成电桥结构驱动脉冲变压器原边。

图中Tl、T4为一对，由同一组信号驱动，同时导通/关端；T2、T3为另一对，由另一组信号驱动，同时

导通/关端。两对开关管轮流通/断，在变压器原边线圈中形成正/负交变的脉冲电流。

主要优点：与推挽结构相比，原边绕组减少了一半，开关管耐压降低一半。

主要缺点：使用的开关管数量多，且要求参数一致性好，驱动电路复杂，实现同步比较困难。这种电

路结构通常使用在1KW以上超大功率开关电源电路中。

5、半桥式

电路的结构类似于全桥式，只是把其中的两只开关管（T3、T4）换成了两只等值大电容Cl、C2o

主要优点：具有一定的抗不平衡能力，对电路对称性要求不很严格；适应的功率范围较大，从几十瓦到千

瓦都可以；开关管耐压要求较低；电路成本比全桥电路低等。这种电路常常被用于各种非稳压输出的DC

变换器，如电子荧光灯驱动电路中。

•变压器和PWM控制电路

先前我们已经提到，一台PC电源一般都会配备3个变压器：个头最大的那颗是之前图3、4和图19-23

上标示出来的主变压器，它的一次侧与开关管相连，二次侧与整流电路与滤波电路相连，可以提供电源的

低压直流输出(+12V,+5V,+3.3V,-12V,-5V)。

最小的那颗变压器负载+5VSB输出，通常也成为待机变压器，随时处于“待命状态”，因为这部分输

出始终是开启的，即便是PC电源处于关闭状态也是如此。

第三个变压器是隔离器，将PWM控制信号耦合到开关管上。并不是所有的电源都会装备这个变压器,

因为有些电源往往会配备具备相同功能的光耦集成电路。

图24:三变压器结构【被动式PFC常用】

图25:这台电源采用的是光耦集成电路，而不是变压器【双变压器+光耦，主动式PFC常用】

PWM控制电路的核心是一块集成电路。一般情况下，被动式PFC的电源都会采用TL494集成电路（下

图26中采用的是兼容芯片：DBL494）。具备主动式PFC电路的电源里，有时候也会采用一种用来取代PWM

芯片和PFC控制电路的芯片。CM6800芯片就是一个很好的例子，它可以很好的集成PWM芯片和PFC控

制电路的所有功能。【CM6800是这种PWM/PFCCombo芯片的一个典型例子。电源上通常还会用另一颗

集成电路来产生PG信号。】【CM6800是使用很普遍的主动PFC+PWM组合控制电路，由美国

CMC半导体公司生产的单片PFC+PWM控制器，该芯片采用了LETE（同步前沿PFC/后沿

PWM技术）等多项专利技术，从而减小了电路中的滤波电容值且不再需要前馈电阻，同时具有

绿色模式、软启动、故障检测、欠压、过压保护等功能，其主动式PFC（功率因子校正）可使功

率转换效率达到80Plus要求】

图26:PWM控制电路

•二次侧

最后要介绍的是二次侧。在二次侧部分，主变压器的输出将会被整流和过滤，然后输出PC所需要的

电压。-5V和-12V的整流是只需要有普通的二极管就能完成，因为他们不需要高功率和大电流；但各组

正电压（+3.3V、+5V、+12V）的输出就需要大功率肖特基整流管完成。这种肖特基有三个针脚，外形和

功率二极管比较相似，但是它们的内部集成了两个大功率二极管。二次侧整流工作能否完成是由曳里电路

结构决定，一般有可能会有两种整流电路结构，【全波整流和半波整流电路】，如图27所示：

【全波整流和半波整流电路，选择全波整流还是半波整流是由逆变级的工作方式所决定的，而不用考虑到

这两种方式本身的“高档”与“低档”差别。单端式的正激和反激电路是非对称工作，因为变换器只有半

个周期内输出能量，所以只能用半波整流电路。而对称工作的半桥、桥式和推挽式电路，因为逆变器在两

个半周中都输出能量，所以整流电路应该用全波整流或桥式整流。】

AD1

oOutput

OGND

D2

H-

D1

【注：上图实际上就是全波整流和半波整流电路的分别。这里作者的说法有点问题。选择全波整流还是半

波整流是由逆变级的工作方式所决定的，而较少考虑到这两种方式本身的“高档"与“低档”差别。

单端式的正激和反激电路是非对称工作，因为变换器只有半个周期内输出能量，所以只能用半波整流电路。

而对称工作的半桥、桥式和推挽式电路，因为逆变器在两个半周中都输出能量，所以整流电路应该用全波

整流或桥式整流。】

模式A更多的会被用干低端入门级电源中，这种模式需要从变压器引出三个针脚。

模式B则多用于高端电源中，这种模式一般只需要配备两个变压器针脚，【但输出线圈需要更大尺寸

因而更贵】，但是铁素体电感必须够大才行，所以这种模式成本较高，这也是为什么低端电源不采用这种

模式的主要原因。

此外，对于高端电源而言，为了提升最大电流输出能力，这些电源往往会采用两颗二极管串联的方式

将整流电路的最大电流输出提升一倍。

【注：通过并联整流管还可以降低导通内阻，提高效率并降低温度。】

无论是高端还是低端电源，其+12V和+5V的输出都配备了完整的整流电路和滤波电路，所以所有的

电源至少都需要2组图27所示的整流电路。

对于3.3V输出而言，有三种选项可供选择：

☆在+5V输出部分增加一个3.3V的电压稳压器，很多低端电源都是采用的这种设计方案；

【注：线性稳压，这是“最最落后”的+3.3V产生方案，+3.3V线路上的损耗较大且与输出电流成正比。

如果电源用这种方案那一定是非常非常省钱的。在这种方案中12V和5V有完整的变压器绕组和整流滤波,

+5V整流后再通过线性稳压器产生+3.3V电压。+3.3V输出的电流全部通过+5V整流管，因而+5V和+3.3V

输出的电流之和是受限的。】

☆为3.3V输出增加一个像图27所示的完整的整流电路和滤波电路，但是需要和5V整流电路共享一

个变压器。这是高端电源比较普通的一种设计方案。

【因为+3.3V输出通常完全（在低端电源上）或部分地（在高端电源上）使用+5V输出，+3.3V输出电流

是受到+5V输出电流值限制的。这也就是为什么很多电源在铭牌中注明“3.3V和5V联合输出”，标称不

止有+5V和+3.3V每路的输出能力，还有“联合输出功率”来标明这两路总的最大输出功率（联合输出功

率比+3.3V和+5V功率的总和要低）。】

☆采用一个完整的独立的3.3V整流电路和滤波电路。这种方案非常罕见，仅在少数发烧级顶级电源中

才可能出现，比如说安耐美的银河1000W。

下图28是一台低端电源的二次侧。这里我们可以看到负责产生PG信号的集成电路。通常情况下，低

端电源都会采用LM339集成电路。

图28:二次侧

此外，我们还可以看到一些电解电容（这些电容的个头和倍压器或者主动式PFC电路的电容相比要小

的多）和电感，这些元件主要是负责滤波功能。

为了更清晰的观察这款电源，我们将电源上的飞线以及滤波线圈全部移除，如图29所示。在这里我

们能看到一些小的二极管，主要用于」2Vand-5V的整流，通过的电流非常小（这款电源只要0.5A）。

其他的电压输出的电流至少要1A,这需要功率二极管负责整流。

图29:-12V以及-5V负压电路的整流二极管

•二次侧（续）

下图30描述的是低端电源二次侧散热片上的元器件:

图30:二次侧散热片上的元器件

从左至右以此为：

☆稳压器IC芯片——尽管它有三个针脚而且看起来和三极管非常相似，但是它却是可IC芯片。这款

电源采用的是7805稳压器（5V稳压器），负责+5VSB的稳压。之前我们已经提到过，+5VSB采用的是独

立的输出电路，因为它即便是在PC处于断电状态时依然需要向+5VSB提供+5V输出。这就是为什么+5VSB

输出也通常会被称之为“待机输出”。7805IC最大可以提供1A的电流输出。

【注：这并不代表PC电源的待机电路都要由线性电源组成。事实上PC电源高效率待机电源的常见方案

是小功率的单端反激式拓扑（Single-endedFlyback）。］

☆功率MOSFET晶体管，主要负责3.3V输出。这款电源的MOSFET型号为PHP45N03LT,最大可允

许45A的电流通过。上一页我们已经提到，只有低端电源才会采用和5V共享的3.3V稳压器。

☆功率肖特基整流管，由两个二极管整合而成。这款电源的肖特基型号为STPR1620CT,它的每颗二

极管最大可允许8A的电流通过（总共为16A）。这种功率肖特基整流管通常被用于12V输出。

☆另一颗功率肖特基整流管。这款电源采用的型号是E83-004,最大可允许60A电流通过。这种功率

整流管常被用于+5V和+3.3V输出。因为+5V和+3.3V输出采用的是同一个整流管，所以它们的总和不

能超过整流管的电流限制。这就是我们常说的联合输出的概念。换句话说就是3.3V输出来自5V输出。和

其他各路输出不同，变压器没有3.3V输出。这种设计常用于低端电源。高端电源一般都会采用独立的+3.3

V和+5V输出。

【注：这里开始我认为作者犯了个严重的错误，他错误地计算了整流管的指标。

一颗整流管内封装有两颗二极管，这两颗二极管以全波整流或半波整流的组态接入电路。对于全波整

流而言两颗二极管是一颗导通时另一颗反向关断，输出电流是单颗二极管上流经的电流；而对于半波整流

而言只有一颗二极管是整流管，而另一颗二极管是续流管，两颗轮番导通，输出电流仍然等于单颗二极管

上流经的电流。因此计算该路理论输出值的方法应该是看整流管内单颗二极管的额定电流，而不是两颗之

和。作者提到整流管指标的她方恐怕都犯了这一相同的错误。