開關(guān)電源(Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS)，又稱開關(guān)電源、開關(guān)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(gòu)，將某一電平的電壓轉(zhuǎn)換為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(guān)降壓電路轉(zhuǎn)換成硬件所需的幾種低壓 直流電源：3.3V、5V、12V、-12V，并提供具有 5V 待機(jī) (5VSB) 關(guān)閉功能的計算機(jī) 處于待機(jī)狀態(tài)。因此，該電源同時配備了高壓和大功率元件。

　　電源轉(zhuǎn)換過程為 交流 輸入→ EMI 濾波電路→整流電路→功率因數(shù)校正電路(有源或無源PFC)→功率級初級側(cè)(高壓側(cè))開關(guān)電路轉(zhuǎn)換成脈沖電流→主變壓器→功率級次級側(cè)(低壓側(cè))整流電路→電壓調(diào)整電路(如磁放大電路或DC-DC 轉(zhuǎn)換電路)→濾波器(平滑輸出紋波，由電感和電容組成)電路→監(jiān)控輸出的電源管理電路。

　　下面介紹交流輸入端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干擾，防止電源工作時產(chǎn)生的開關(guān)噪聲通過電源線傳播并干擾其他用電設(shè)備。(EMI) (電磁干擾) (EMI) (電磁干擾) ( 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(dǎo)至地線，只允許波形大約60Hz才能通過。

　　上圖中間是一個集成 EMI 濾波器電源插座，濾波器電路完全包含在一個鐵盒內(nèi)，可以更有效地防止噪聲泄漏。由于沒有金屬外殼，深埋式內(nèi)置EMI濾波器的電源 會泄漏一些噪聲，因此左側(cè)插座上僅添加Cx和Cy電容(稍后介紹)。EMI 濾波器電路經(jīng)常在主電路板上實現(xiàn)。如果 主電路板上的EMI電路區(qū)域是空的， 則該區(qū)域的元件已被移除。由于目前12cm風(fēng)扇的電源內(nèi)部面積不足以容納集成 EMI 濾波器，因此大部分采用照片左右兩側(cè)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(biāo) 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，上面寫有字母X或X2。

　　Y電容(Cy，又稱線路旁路電容)

　　為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 與圖中的金屬外殼、地線(E)、輸出端0V/GND相連，所以當(dāng)?shù)鼐€不接時，會通過兩個串聯(lián)連接——連接的電線。當(dāng)人體接觸Cy電容時，它會分壓輸入電源一半的電位差(Vin/2)，可能會感應(yīng)出電感。

　　共模扼流線圈(交聯(lián)電感)

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

　　L/N線和地線E之間的噪聲被稱為共態(tài)噪聲，而L和N線之間的噪聲被稱為常態(tài)噪聲。EMI濾波器的根本目的 是消除和阻擋這兩類噪聲。EMI濾波電路之后是瞬態(tài)保護(hù)電路和整流電路 ，常用元件 如下。

　　保險絲

　　當(dāng)流過保險絲的電流超過額定限值時，保險絲將熔斷，保護(hù)與后端電路的連接。電源中使用的保險絲通常是快斷型，但最好是防爆型。該保險絲與標(biāo)準(zhǔn)保險絲的主要區(qū)別在于，外管是米色陶瓷管，內(nèi)含防火材料，可防止熔斷時產(chǎn)生火花。

　　照片頂部的固定式(兩端直接套上線座并焊接到電路板上)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)。熱熔斷器是下面的方形 元件 。此保險絲連接在功率 元件的大功率水泥電阻或散熱器上。主要用于防超溫，防止 因過熱而導(dǎo)致元件 損壞或故障。該保險絲還可與電流保險絲配合使用，提供針對電流和溫度的雙重保護(hù)。

　　負(fù)溫度系數(shù)電阻(NTC)

　　電源接通時，電源高壓端的電解電容處于無電狀態(tài)。充電過程中會出現(xiàn)過大的電流浪涌和線路壓降，可能導(dǎo)致橋式整流器和其他組件超過其額定電流并燒毀。當(dāng) NTC 與L或N線串聯(lián)時，其內(nèi)阻可以在充電時限制電流，而負(fù)溫度系數(shù)意味著其阻值隨著溫度升高而減小，因此當(dāng)電流流過本體時，電阻減小。為了減少不必要的功耗，電阻值會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(dāng)電源在預(yù)熱狀態(tài)下啟動時，其保護(hù)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(dāng)今大多數(shù)高效電源都采用了更復(fù)雜的瞬時保護(hù)電路。

　　金氧壓敏電阻(MOV)

　　在保險絲的背面，壓敏電阻連接在火線和地線之間。當(dāng)兩端電壓差小于其額定電壓值時，本體呈現(xiàn)高阻抗;當(dāng)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，由于短路產(chǎn)生的電流，前端保險絲將熔斷以保護(hù)后端電路。當(dāng)主體承受過大的電力時，它偶爾會自毀，以提醒用戶設(shè)備出現(xiàn)問題。

　　它常見于電源的 交流 輸入端。當(dāng)輸入交流過壓時，保險絲能及時熔斷 ，防止內(nèi)部器件損壞。其顏色和外觀與Cy電容非常相似，但元件上的文字和型號可以區(qū)分。

　　橋式整流器

　　內(nèi)部橋式整流器中有四個二極管交替連接。它的工作是對輸入交流電進(jìn)行全波整流， 供后端的開關(guān)電路使用。

　　其外觀和尺寸將根據(jù)組件的額定電壓和電流而變化。有些電源會將其安裝在散熱器上，以幫助散熱并確保長期穩(wěn)定性。整流后進(jìn)入功率級原邊開關(guān)電路。本節(jié)的元件定義了電源各通道的最大輸出能力，是一個關(guān)鍵元件。

　　開關(guān)晶體管

　　它根據(jù)控制信號導(dǎo)通和關(guān)斷，決定電流是否流過，作為開關(guān)電路中的非接觸式快速電子開關(guān)，在有源功率因數(shù)校正電路和功率級原邊電路中起著至關(guān)重要的作用。

　　電源中的傳統(tǒng)N MOSFET(N型金屬氧化物半導(dǎo)體 場效應(yīng)晶體管)如圖上半部分所示，而NPN BJT如圖下半部分所示(NPN型雙結(jié)晶體管)。根據(jù)開關(guān)元件的電路組成，可以產(chǎn)生不同的功率級拓?fù)洌珉p晶正激型、半橋型、全橋型、推挽型等。開關(guān)也用于要求高效率的電源。同步整流電路和DC-DC 降壓電路均采用晶振。

　　變壓器

　　由于采用變壓器分離高低壓，利用磁能進(jìn)行能量交換，故稱為隔離開關(guān)降壓電源。不僅可以避免高低壓電路發(fā)生故障時的漏電危險，還可以輕松產(chǎn)生多種電壓輸出。由于工作頻率高，變壓器的體積比標(biāo)準(zhǔn) 交流變壓器小。

　　由于變壓器是電力傳輸通路之一，目前的大輸出電源均采用多變壓器設(shè)計，以防止單個變壓器飽和而限制功率輸出。輔助電源電路和用于信號傳輸?shù)拿}沖變壓器顯示在鏡頭的頂部，而主電源變壓器和環(huán)形次級側(cè)調(diào)節(jié)變壓器顯示在底部。

　　采用變壓器作為隔離邊界時，副邊的輸出電壓遠(yuǎn)低于原邊，但仍需經(jīng)過整流、調(diào)整、濾波、平滑等電路后才變?yōu)樵叀Ｓ嬎銠C(jī)部件所需的各種電壓的直流電壓 。

　　二極管

　　根據(jù)各部分的電路要求和輸出大小，電源內(nèi)部采用不同的類型和規(guī)格。除傳統(tǒng)的硅二極管外，還有 肖特基勢 壘二極管(SBD)、快恢復(fù)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用于功率級的次級側(cè)，對變壓器輸出進(jìn)行整流，ZD用作電壓基準(zhǔn)。FRD主要用于有源功率因數(shù)校正和功率級的初級側(cè)電路;SBD用于功率級的次級側(cè)，對變壓器輸出進(jìn)行整流，ZD用作電壓基準(zhǔn)。

　　電感器

　　根據(jù)磁芯的結(jié)構(gòu)、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能元件、磁放大器電路中的電壓調(diào)節(jié)元件以及次級側(cè)整流后的輸出濾波。

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

　　電解電容

　　電容器與電感器一樣，可用作能量存儲器件和紋波平滑器。電源原邊電路采用高壓電解電容，承受整流后的高壓 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(xù)充放電帶來的損耗。

　　照片下部的高壓電解電容用于初級側(cè)，下部電壓較低的部分用于次級側(cè)和外圍控制電路。由于電容器中化學(xué)物質(zhì)(電解質(zhì))的關(guān)系，工作溫度對電解電容器的壽命有顯著影響。這樣一來，所采用的品牌和系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。決定電源的穩(wěn)定性、可靠性以及使用壽命。

　　電阻器

　　為了避免觸電，使用電阻來限制流過電路的電流，并在電源關(guān)閉后釋放電容器中存儲的電荷。

　　左側(cè)的大功率水泥電阻器可以承受顯著的電涌，而右側(cè)的普通電阻器有一個顏色代碼來指示其電阻值和不準(zhǔn)確度。如果沒有控制電路，由上述部件組成的電路將無法執(zhí)行其工作，并且必須隨時監(jiān)視和調(diào)節(jié)每個輸出。為了保護(hù)計算機(jī) 部件的安全 ，如果出現(xiàn)任何異常情況，應(yīng)立即關(guān)閉輸出。

　　各控制IC

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

　　對于PFC電路來說，電源可以通過采用有源功率因數(shù)校正電路調(diào)節(jié)來維持指定的功率因數(shù)并限制高次諧波的發(fā)展。功率級原邊 PWM 電路：作為功率級原邊開關(guān)晶體驅(qū)動器，具有 PWM (脈寬調(diào)制)信號生成和功率輸出狀態(tài)占空比管理(Duty Cycle)。常見的PWM 控制IC有UC3842/3843系列等。集成PFC/PWM控制：通過將兩個控制器組合在一個IC中，可以簡化電路，減少元件數(shù)量，縮小體積，降低故障率。例如CM680X系列是一款PFC/PWM集成控制IC。

　　輔助電源電路集成組件：輔助電源電路在電源切斷后必須繼續(xù)輸出，因此必須是一個獨(dú)立的系統(tǒng)。由于輸出瓦數(shù)不需要太高，所以采用業(yè)界低功耗集成器件，如PI的TOPSwitch系列作為核心。

　　電源管理和監(jiān)控 每個輸出的 UVP(低電壓保護(hù))、OVP(過壓保護(hù))、OCP(過流保護(hù))、SCP(短路保護(hù))和 OTP(過溫保護(hù))由我知道了。設(shè)定值后關(guān)閉并鎖定控制電路，停止電源輸出，待故障排除后恢復(fù)輸出。

　　除了上述元件外，制造商還可以根據(jù)需要添加其他IC，例如風(fēng)扇控制IC。

　　光耦

　　光耦合器主要用于高壓和低壓電路之間的信號傳輸，它們保持電路隔離，以防止發(fā)生故障時兩個電路之間出現(xiàn)異常電流，從而損壞低壓組件。其想法是利用發(fā)光二極管和光電晶體管通過光發(fā)送信號，并且由于它們之間沒有電路連接，因此兩端的電路可以保持隔離。