看圖說(shuō)話：圖解開(kāi)關(guān)電源

　　開(kāi)關(guān)模式電源（Switch Mode Power Supply，簡(jiǎn)稱SMPS），又稱交換式電源、開(kāi)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(guò)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源就進(jìn)行兩者之間電壓及電流的轉(zhuǎn)換。

　　開(kāi)關(guān)電源不同于線性電源，開(kāi)關(guān)電源利用的切換晶體管多半是在全開(kāi)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(kāi)關(guān)電源本身是不會(huì)消耗電能的。電壓穩(wěn)壓是透過(guò)調(diào)整晶體管導(dǎo)通及斷路的時(shí)間來(lái)達(dá)到。相反的，線性電源在產(chǎn)生輸出電壓的過(guò)程中，晶體管工作在放大區(qū)，本身也會(huì)消耗電能。開(kāi)關(guān)電源的高轉(zhuǎn)換效率是其一大優(yōu)點(diǎn)，而且因?yàn)殚_(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源比線性電源要好。不過(guò)開(kāi)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(kāi)關(guān)電源沒(méi)有特別設(shè)計(jì)，其電源功率因數(shù)可能不高。

　　看圖說(shuō)話：圖解開(kāi)關(guān)電源

　　下圖3和4描述的是開(kāi)關(guān)電源的PWM反饋機(jī)制。圖3描述的是沒(méi)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(guò)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(méi)有110/220 V轉(zhuǎn)換器，而且也沒(méi)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(shuō)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(méi)關(guān)系，因?yàn)檫@張圖本來(lái)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(wèn)，圖5設(shè)計(jì)圖中為什么沒(méi)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(guò)開(kāi)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(shuō)，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(kāi)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(guò)來(lái)。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(yè)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(méi)有電壓倍壓器;

　　★對(duì)于沒(méi)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)控制電源的開(kāi)關(guān)管的閉合的。如果輸出電壓過(guò)高或者過(guò)低時(shí)，PWM控制電路將會(huì)改變電壓的波形以適應(yīng)開(kāi)關(guān)管，從而達(dá)到?！镎敵鲭妷旱哪康?

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