理論聯(lián)系實(shí)際，由表及里剖析開關(guān)電源（一）

目前主要包括兩種電源類型：線性電源（linear）和開關(guān)電源（switching）。線性電源的工作原理是首先將127 V或者220 V市電通過變壓器轉(zhuǎn)為低壓電，比如說12V，而且經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的低壓依然是AC交流電；然后再通過一系列的二極管進(jìn)行矯正和整流。個(gè)人PC所采用的電源都是基于一種名為“開關(guān)模式”的技術(shù)，所以我們經(jīng)常會(huì)將個(gè)人PC電源稱之為——開關(guān)電源（Switching Mode Power Supplies，簡(jiǎn)稱SMPS），它還有一個(gè)綽號(hào)——DC-DC轉(zhuǎn)化器。本次文章我們將會(huì)為您解讀開關(guān)電源的工作模式和原理、開關(guān)電源內(nèi)部的元器件的介紹以及這些元器件的功能。

　　線性電源知多少

　　目前主要包括兩種電源類型：線性電源（linear）和開關(guān)電源（switching）。線性電源的工作原理是首先將127 V或者220 V市電通過變壓器轉(zhuǎn)為低壓電，比如說12V，而且經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的低壓依然是AC交流電；然后再通過一系列的二極管進(jìn)行矯正和整流，并將低壓AC交流電轉(zhuǎn)化為脈動(dòng)電壓（配圖1和2中的3）；下一步需要對(duì)脈動(dòng)電壓進(jìn)行濾波，通過電容完成，然后將經(jīng)過濾波后的低壓交流電轉(zhuǎn)換成DC直流電（配圖1和2中的4）；此時(shí)得到的低壓直流電依然不夠純凈，會(huì)有一定的波動(dòng)（這種電壓波動(dòng)就是我們常說的紋波），所以還需要穩(wěn)壓二極管或者電壓整流電路進(jìn)行矯正。最后，我們就可以得到純凈的低壓DC直流電輸出了（配圖1和2中的5）

　　盡管說線性電源非常適合為低功耗設(shè)備供電，比如說無繩電話、PlayStation/Wii/Xbox等游戲主機(jī)等等，但是對(duì)于高功耗設(shè)備而言，線性電源將會(huì)力不從心。對(duì)于線性電源而言，其內(nèi)部電容以及變壓器的大小和AC市電的頻率成反比：也即說如果輸入市電的頻率越低時(shí)，線性電源就需要越大的電容和變壓器，反之亦然。由于當(dāng)前一直采用的是60Hz（有些國(guó)家是50Hz）頻率的AC市電，這是一個(gè)相對(duì)較低的頻率，所以其變壓器以及電容的個(gè)頭往往都相對(duì)比較大。此外，AC市電的浪涌越大，線性電源的變壓器的個(gè)頭就越大。由此可見，對(duì)于個(gè)人PC領(lǐng)域而言，制造一臺(tái)線性電源將會(huì)是一件瘋狂的舉動(dòng)，因?yàn)樗捏w積將會(huì)非常大、重量也會(huì)非常的重。所以說個(gè)人PC用戶并不適合用線性電源。

　　開關(guān)電源知多少

　　開關(guān)電源可以通過高頻開關(guān)模式很好的解決這一問題。對(duì)于高頻開關(guān)電源而言，AC輸入電壓可以在進(jìn)入變壓器之前升壓（升壓前一般是50-60 KHz）。隨著輸入電壓的升高，變壓器以及電容等元器件的個(gè)頭就不用像線性電源那么的大。這種高頻開關(guān)電源正是我們的個(gè)人PC以及像VCR錄像機(jī)這樣的設(shè)備所需要的。需要說明的是，我們經(jīng)常所說的“開關(guān)電源”其實(shí)是“高頻開關(guān)電源”的縮寫形式，和電源本身的關(guān)閉和開啟式?jīng)]有任何關(guān)系的。事實(shí)上，終端用戶的PC的電源采用的是一種更為優(yōu)化的方案：閉回路系統(tǒng)（closed loop system）——負(fù)責(zé)控制開關(guān)管的電路，從電源的輸出獲得反饋信號(hào)，然后根據(jù)PC的功耗來增加或者降低某一周期內(nèi)的電壓的占空比以便能夠適應(yīng)電源的變壓器（這個(gè)方法稱作PWM，Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制）。所以說，開關(guān)電源可以根據(jù)與之相連的耗電設(shè)備的功耗的大小來自我調(diào)整，從而可以讓變壓器以及其他的元器件帶走更少量的能量，而且降低發(fā)熱量。反觀線性電源，它的設(shè)計(jì)理念就是功率至上，即便負(fù)載電路并不需要很大電流。這樣做的后果就是所有元件即便非必要的時(shí)候也工作在滿負(fù)荷下，結(jié)果產(chǎn)生高很多的熱量。

　　圖解開關(guān)電源

　　下圖3和4描述的是開關(guān)電源的PWM反饋機(jī)制。圖3描述的是沒有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，后者沒有110/220 V轉(zhuǎn)換器