認識你的電源供應器-電路篇

上次的文章初步介紹了電源內常見的各種元件，這次在下以實際的電源供應器電路來跟各位一起探討解說。


這是一款市面上常見的電腦用電源供應器內部主電路板，為手動輸入115/230電壓選擇，被動式PFC設計，半橋式電路拓墣。


電路板背面，說明各級電路名稱及分區。


交流電輸入電路板後，首要關卡為紅框內的EMI濾波電路，一般電源供應器都會有一至兩階EMI濾波電路，有的還會在交流輸入端採用一體式EMI濾波插座或是加裝獨立EMI電路子板，以提升雜訊過濾及隔離能力，也節省主電路板空間供放置更多元件。
暫態保護電路的NTC(負溫度係數)熱敏電阻與保險絲也常常被設置於交流輸入端之後，而元件上的黃色膠狀物質，則是固定元件用的膠。


將EMI電路區所有元件取下後的樣子，主要構成為之前介紹過的Cx、Cy、交連電感、環形電感、放電用電阻、保險絲、負溫度係數(NTC)熱敏電阻。
圖片中兩只紅色玻璃管元件也屬於一種突波吸收元件，作為暫態保護用途。


經過EMI濾波電路之後，就是輸入整流電路，此電源供應器輸入電壓為手動選擇式，利用開關切換整流電路模式，是屬於倍壓整流(輸入115V)或是全波整流(輸入230V)，並讓兩顆200V 560uF濾波電容充電，電源拔除後則透過電阻釋放電容儲存的電荷。
紅框內為MOV，與電解電容並聯，原因是避免輸入超過電解電容最高耐壓，進而破壞電容以及其後的電路，外部包覆熱縮套管(其中一顆已經將套管除下)讓MOV於超壓輸入時能延長並維持短路狀態，以犧牲自己的方式使保險絲能有效熔斷，達成保護功能。


主要電源電路(左邊紅框兩顆)與輔助電源電路(右邊紅框)的一次側功率元件均固定於散熱片上，協助運作時的熱量發散，散熱片以增加鰭片及打洞方式增加散熱面積。
半橋式電路功率級一次側常使用BJT(雙極電晶體)，此電源採用的是FAIRCHILD MJE13009 NPN功率電晶體。


功率級一次側電路配置，紅框內為用於主要電源電路一次側繞組，用電阻與電容串聯而成的緩衝電路(Snubber)，改善交換元件的di/dt以及加大SOA(安全作業區)。


PWM IC經由上方紅框內的脈衝變壓器，在維持高低壓隔離下傳遞可變任務週期(Duty Cycle)的脈波，並透過下方紅框內，由二極體、電阻、電容所組成的波形整型電路，變成主要電源電路兩顆功率晶體所需要的基極(Base)驅動信號，以控制其導通與截止。


交流輸入經整流後的高壓直流，經開關晶體以PWM方式調變後，變成脈寬可變的高壓脈流，再輸入至主要變壓器中，透過電磁轉換變為較低的多組電壓輸出，所以變壓器本體承受功率傳遞的能力，是決定各路輸出容量及性能的要素之一。
變壓器雖然隔離了高壓與低壓電路，提高用電安全，但本身也存在鐵損、銅損等等的損失問題，所以除了功率元件的交換損失以外，變壓器的損失也與電源供應器表現出的轉換效率息息相關。


紅框內為輔助電源電路的二次側，因為僅提供5V待命電源以及電源供應器自身電路電源的小功率輸出，所以結構都蠻簡單的，這裡使用的是RCC(振鈴扼流圈)返馳(Flyback)自激式交換電路。


其構成元件有輸出電感、電容、整流用二極體、小型低功率電晶體。有些電源採用的是一體式控制+功率元件，其元件更少，輔助電源電路可以更為簡化，降低成本及故障的風險。


主要變壓器二次側輸出繞組分配圖，可以看到5V與3.3V共用同一繞組，由5V繞組透過一磁性放大電路電感進行降壓後提供3.3V迴路使用，雖然3.3V與5V迴路都有獨立的整流元件，但是因為共用一個二次繞組，所以大部分的電源供應器，其3.3V與5V的輸出總和功率是一併計算的。


各路整流用SBD(蕭特基障壁二極體)固定於散熱片上，協助散發運作時的熱量，並加上絕緣導熱膠片與散熱片進行絕緣，每顆都包裝兩顆N極相對的SBD，依照承受電流量及電壓的不同而有大小相異的封裝。


紅框為3.3V/5V/12V整流元件使用的緩衝電路(Snubber)，利用電阻與電容串聯，跨接於二次側繞組端，用來改善整流元件di/dt以及加大SOA(安全作業區)，避免其損壞。


二次側濾波輸出電路所使用的電感，5V、12V、-12V共用一個(右紅框)，3.3V則獨立使用一個(左紅框)，圖中濾波電容已被移除。


各路電壓輸出端，其中紅框處為12V1與12V2的分流器裝設點，不過可以見到12V2的分流器MJ2並未接上，僅12V1有安排分流器。
可能是因為此款電源並未安裝額外OCP子板的關係，而將其省略。


PWM控制電路以獨立子板製作，安裝上方標示於PWM Control Board的位置，可以節省主電路板的空間。此顆半橋式PWM控制器為該電源廠商自行改良的型號，算是為此架構電源系列所量身訂做的，其好處可以簡化電路零件數目並達成所要求的功能。
其他電源廠商，例如台達與HIPRO，在其電源內也都有使用自家改良過的控制器以及電源管理IC。

探討到此告一段落，下次將跟各位討論另一種很常見的單晶順向式電路電源供應器結構。

報告完畢，謝謝收看。

可以輔以簡單的block diagram跟電路圖說明嗎?
要不是簡單幾句話跟一些元件都相片有點難憧

感謝分享！好文！零件簡化的結果是否就有可能800W的重量比500W還輕呢？PSU這東西真是學問！

這篇文內容還真硬 , 有點難以消化 ...

有個疑問就是主機板上似乎比較沒見過有在使用跳線 ,
但Power的電路版好像就蠻常見的 ?

還是說這次解說的是拿低階款、設計比較隨便的 ?

感謝狼大詳細的解說真是受益良多...

沒想到狼大野是網海川流

太讚了 想找個電源拆下來對照學習 謝謝分享

非常受用，受教了!

很好,很专业?顶:)... :)...

谢谢!学习了,介绍的很详细.又涨了不少知识.