图文解说开关电源

五、电源的结构与材料5.1电源的工程结构在这里我们只介绍常见的结构，诸如FLEXATX电源，工程结构比较随意，不做涉及。5.1.18厘米风扇结构最常见的结构之一。热空气被抽出上图中红色的箭头表示的是空气流动的方向。需要强调的是，电源不是向机箱里面吹风，而是把机箱里面的热空气抽出来。5.1.212厘米/14厘米风扇结构最常见的结构之一，静音电源采用。侧面的通风孔有长条形，也有蜂窝状。长条形通风孔有更大的通风面积，散热效果要稍微好一点。5.1.3双风扇结构双风扇结构往往使用在高功率电源上，服务器电源采用较多。此结构电源，因为有两个风扇，因而噪音偏高，但散热效果好。通常是两个8厘米风扇进行配合，当然，也有6+8组合，甚至还有12+8的组合。5.1.4无风扇结构此种结构十分少见。此种电源完全依赖散热片散热。有的电源在散热片中安装有热管以提高散热效果。我们不赞成使用无风扇电源。无风扇电源不能辅助系统散热，且自身的热量还会传递到机箱内部。如果使用无风扇电源，我们建议搭配一个机箱风扇辅助散热，但增加的机箱风扇仍旧会产生噪音，这就抵消了无风扇电源的静音优势，而消费者反而为购买无风扇电源以及机箱风扇多支出了不菲的成本，实在得不偿失。1电源常用部件及所使用的材料2外壳3材料绝大多数电源使用SECC（电解板）冲压外壳。极少数厂家也会使用SGCC（镀锌板）。SGCC的成本比SECC低，但抗氧化能力偏弱。外壳电镀处理，目前在中高端产品上比较常见。最常见的黑色、银色与金黄色外壳，是在普通SECC表面分别电镀上一层黑镍、白镍与黄镍。电镀金属镍的外壳，一是美观高档，二是抗氧化能力强。少数个性化的电源外壳，呈现出红色、绿色、蓝色，但这几钟颜色很容易脱落，且成本比电镀金属镍高出很多。一些高端电源会使用纯铝，并在表面进行拉丝处理，展现一种高档的视觉效果。偶尔有电源局部采用透明亚克力材料的，其安全性与防辐射能力不太理想。5.2.1.2厚度与机箱一样，电源的外壳厚度也存在0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm和1mm等几种规格。电源的额定功率越高，自身重量就越重，要求外壳越厚。最经常采用的规格为0.6~0.8mm，服务器电源可能采用1mm的钢板，而一些低价电源，会采用1钢板。太薄的外壳，往往不能承受运输过程中的挤压，货损会比较严重。2线材3线经粗细一般来说，不同粗细的电线对电流有不同的承载力，我们使用的电源，DC输出线通常不能比AWG20号细（数字越小代表线直径越粗）。如果使用不符合标准的过细电线，轻则发热，重则影响供电甚至烧毁，一定不能忽视！电源上常用的输出线号有22#、20#、18#、16#等几种。但一把20pin的输出线中，并不是每一根线都要求是20#或者18#，而是混合使用的，这种因为电线中流动的电流有大有小，像PS-ON等信号线，可以采用稍微偏细的线。在检验一根线是否合格时（特别是AC电源线），我们会把电线切开看一看里面的铜丝粗细和根数，并计算每一芯的铜丝的截面积。比如线的规格是0.12*21，表示线中每一根铜丝的直径是0.12mm，一根线中包含有21根，这样我们可以计算出来铜丝的截面积0.06*0.06*3.14*21，大约是0.24平方毫米。功率越大的电源，铜丝的总截面积要求越大。AC电源线中有三根芯，每根芯包含有多根铜丝市面上一些劣质电源线里面只有几条铜丝或干脆用铁丝，外观上有点粗的电源线其实是皮厚，内部同样是差的假线，差的电源线会影响传输和会发热，存在安全隐患。5.2.2.2长度不管是AC电源线，还是DC输出线，其长度不是越长越好，而是够用就行，特别是DC线，过长还会有大的压降。电源的DC输出线，外露长度在350mm是比较合适的。如果做磁盘阵列，则输出线要适当加长。一些高功率电源，DC线的外露长度往往做到500mm，其实没有太多必要。过长的DC线，整理起来十分麻烦，而且还会影响机箱内部的空气流通。AC电源线的长度在1.5米上下比较合适。5.2.2.3接口方式一些电源的DC输出方式，和传统的有所区别。这是一种可插拔设计，用户可以根据自身的需要灵活搭配。可插拔设计，目前已经是海外市场中高端产品的热门，在国内市场上，如此设计的电源还比较少，但我们已经看到了这种趋势。此种设计方式，需要考虑的结合处的牢固程度，用户在购买此类电源时，需要反复多次试验。不过，此类电源的DC线材成本偏高，建议400W以上电源采用。5.2.3公母座与I/O开关、切换开关所有的电源都有公座，接入220V的交流电压。母座与I/O开关为选配器件。少数CRT显示器需要接到电源的母座上取电，虽然是连接在电源上，但其电力供应并不是来自电源，仍旧还是220V市电。I/O开关是个硬开关，可以关闭市电的输入。这个开关在调机时有一定作用。115/230V切换开关，可以根据市电电压进行调整，以适应不同国家的用电环境。一些品牌增加了一个显示器电源插座，关闭电脑的时候可以切断显示器电源，从而避免了显示器的待机功率消耗，此设计值得提倡。海外的一些电源，还会在外壳上增加风扇转速旋纽，由用户根据自身情况调整风扇转速。1散热片2材料绝大多数电源都使用铝作为散热片材料，一是因为成本低，二是因为散热快。部分电源会把铝和铜压在一起做散热片，借用了铜吸热快的特点，无风扇电源多使用全铜。散热与吸热是两个不同的概念。散热速度是指热量从金属表面散发到空气中的速度，吸热速度是金属吸收热量的速度。铝材的散热快，吸热慢，而铜材散热慢，吸热快。5.2.4.2厚度与大小功率越高的电源，散热片要求越厚，至少要达到2mm以上。散热片的表面积越大，散热效果越好。但不能片面认为散热片越大越好。散热片的大小采用，要根据电源的发热量而定，转换效率高的电源，用不大的散热片就能解决热量问题，有一个硕大散热片的电源，也许正说明其转换效率低下。第26页低压区的散热片体积通常大过高压区的散热片，这是因为低压区的发热量要大过高压区。5.2.5变压器高频变压器是作为开关电源最主要的组成部分。变压器在电源中有两到三个，半桥式电源通常有三个变压器：主变压器、驱动变压器与辅助变压器（也叫待机变压器）。主变压器的作用是把高压电转换成电脑可以使用的+5V等低压电，是三个变压器中最重要的一个。主变压器是重要的功率器件，其使用的规格与功率有关。所谓规格，主要是变压器的磁芯直径与高度，只要是200W以上的电源，其磁芯直径就不得小于28mm；220W级别的，直径可用33mm，250W~300W一般用到35mm，而300W以上则采用39mm。变压器高度越高越好，至少要达到电源高度的一半以上。变压器的规格，从表面印刷的数字中可以简单判断出来。如下图，数字中包含有“35”，说明磁芯直径为35mm。一些电源的变压器上的规格十分明显，如下图中的“ERL-35N”。驱动变压器的作用是驱动开关管的开和关，如同水龙头的开和关一样。驱动变压器的磁芯直径一般是19mm。辅助变压器（待机变压器）的作用是产生+5VSB电压，在电源功率不超过300W时其磁芯直径达到16mm就够了。5.2.6EMI元件任何电源线上传导的干扰信号，均可用差模和共模信号来表示。差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰；共模干扰在导线与地（机壳）之间传输，属于非对称性干扰。在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小；共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。用于滤除共模、差模干扰的电路原理图如下所示。电源里面设计一到两级EMI，即可满足3C认证的要求。技术水平良好的工厂，生产的300W以下电源，采用一级EMI就可以达到要求，高功率多采用两级。5.2.7大电容我们习惯上把高压滤波电容叫做大电容。这种电容是铝电解电容。此外，电源上还会用的薄膜电容等。电容的容量单位是微法。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，350W的电源使用820微法。5.2.8整流桥交流电转换成直流电，可以通过整流桥实现，也可以用四个二极管实现。额定250W以上电源，多采用整流桥。5.2.9磁放大器磁放大器就是非晶体。磁放大器和其他磁性元件一样，在它的线圈里总是装有磁芯，它的核心是一个由非晶合金制成，具有矩形磁滞回线的环形磁芯，它不能提升电源功率，但可改善电源输出电压的稳定性。根据磁芯在生产过程中所使用的金属材料不同，可分为铁基非晶和钴基非晶，铁基非晶的特性较钴基非晶要差，但成本低，所以国内电源上普通都是使用铁基非晶。在大多数情况下只有一组线圈是用来控制电流的，磁放大器铁芯具有低磁性损耗，铁芯易饱和的特性。其工作原理可以描述成类似高速开关的晶体管，只要扼流线圈一受磁开关就断开，电流就不能输出，一旦磁芯材料达到饱和开关就接通，电流即开始输出。5.2.10电感电感在电源中被大量采用，如PFC电感、低压线圈、棒形电感等。5.2.11开关管/整流管电源中有两片十分明显的散热片，靠近大电容的散热片上，铆上的是两到三颗开关管，靠近低压区的散热片上，铆上的是三颗整流管。开关管与整流管是与功率相关的重要元件。内行可以看开关管的型号判断电源的功率。通常，250W以下的功率，多采用13007的管子，300W电源，多采用13009的管子。整流管有三颗，分别对应5V、3.3V、12V，通过观察其型号，我们可以大致判断每一路的电流，常见的型号有2045、3040、3045、12C20等，含义各不相同。开关管与低压整流的整流管，在工作的时候发热量比较大，因此是需要直接铆在散热片上的。这些管子多使用进口元件，如美国德州仪器公司的、仙童公司的。一些低价电源，会使用二手旧料，这种旧料，在电子市场可以大量采购到。5.2.12压敏电阻压敏电阻也是每个电源必不可少的元件，散布在PCB上，其作用是对电源提供保护。其耐压值为270V，当市电电压超过270V时，压敏电阻就会被击穿，从而保护电源其它电路以及电脑配件的安全。所以它的原理基本和家用保险丝类似，使用自我熔断方式切断电流。5.2.13保险丝保险丝担负着电流把关的工作，电流量一旦超过保险丝的承受范围，保险丝就会先行烧毁造成断路，避免其它元器件受到伤害。现在大部分的电源都是把它直接焊接在PCB上，在这种情形下，保险丝一旦烧毁，需要使用电烙铁焊接一颗新的保险丝。一些保险丝是卡在一个座子上的，虽然更换方便，但在运输过程或振动测试中，存在松动的可能。做工良好的电源，会在保险丝外面包裹一层胶带，避免保险丝烧毁时候爆开的碎片飞溅到其他元件上。5.2.14风扇风扇使用+12V电压，电流多在0.1A~0.3A之间，消耗的功率不大。风扇是电源中比较容易出故障的元件。我们经常遇到风扇润滑油干涸而导致电源毁坏的情况。大叶片的风扇，由于能够在降噪和散热之间取得良好的平衡，因此被广泛采用。目前消费者已经形成一种思维惯性，认为使用8厘米风扇的是非静音电源，12/14厘米风扇的是静音电源，其实，这是一种误解，8厘米风扇同样可以做到静音的效果，只是实现的成本比较高而已。磁悬浮风扇不论叶片大小，都可以实现很小的噪音，原理类似于磁悬浮，利用电磁力让列车与轨道保持一定的间隔，既减小了摩擦，也避免了由于机械摩擦带来的震动，从根本上杜绝了机械磨损，从而减少了震动、噪声。磁悬浮风扇就是利用这样的原理，将转子与定子之间保持不接触，所以采用磁悬浮技术的风扇噪声小、震动小、寿命长。在其他电脑配件上，已经出现了磁悬浮风扇。5.2.15辅料电源中还会用到很多辅助材料，起到安全等作用。电源的外壳上，会有一层黄色的麦拉胶带，电源PCB板上的一些元件外壳之间的距离非常近，在使用时可能产生高压打火，贴上一条麦拉胶可以防止高压打火。一些电容和电感外面，也会包裹一层胶带，是为避免元件之间的相互接触，此外，电源里面也有一些塑料片，其作用与麦拉胶带一样。一些元件，还需要点胶水固定。我们建议在电源的PCB板下面，最好能加上一层塑料片，防止小虫子进入引起电源短路。因为虫子进入