电源供应器.doc

以往在采买计算机配件时，电源供应器是最容易被忽视的组件之一，不过其各路电压输出规格、电压稳定性、发生异常时的保护性却有相当重要的地位，因为主机内所有计算机配件的所需电力均需由电源供应器供应，同时随着各装置于不同状态下的耗电量去调节输出负载，又要兼顾长时间操作及全载输出的稳定性，而电源供应器发生故障时或是负载产生异常，保护系统须立即介入，以避免过电压/电流造成装置损坏；对于全球能源吃紧，新款电源供应器除了上述特性外，也开始讲求提高转换效率，例如80PLUS就是代表电源供应器通过高效率认证的标章之一。既然电源供应器所扮演的角色如此重要，以下的文章就要掀起电源供应器的神秘面纱，了解内部的组件种类及功能。常见的计算机用电源供应器的功能是将输入的交流市电(AC110V/220V)，经过隔离型交换式降压电路转换出各装置所需的各种低压直流电：3.3V、5V、12V、-12V及提供计算机关闭时待命用的5VStandby(5VSB)。所以电源供应器内部同时具备了耐高压、大功率的组件以及处理低电压及控制信号的小功率组件。电源转换流程为交流输入→EMI滤波电路→整流电路→功率因子修正电路(主动或是被动PFC)→功率级一次侧(高压侧)开关电路转换成脉流→主要变压器→功率级二次侧(低压侧)整流电路→电压调整电路(例如磁性放大电路或是DC-DC转换电路)→滤波(平滑输出涟波，由电感及电容组成)电路→电源管理电路监控输出。方块图如下图所示：

以下从交流输入端EMI滤波电路常见的组件开始介绍。
交流电输入插座：

此为交流电从外部输入电源供应器的第一道关卡，为了阻隔来自电力在线干扰，以及避免电源供应器运作所产生的交换噪声经电力线往外散布干扰**用电装置，都会于交流输入端安装一至二阶的EMI(电磁干扰)Filter(滤波器)，其功能就是一个低通滤波器，将交流电中所含高频的噪声旁路或是导向接地线，只让60Hz左右的波型通过。上面照片中，中央为一体式EMI滤波器电源插座，滤波电路整个包于铁壳中，能更有效避免噪声外泄；右方的则是以小片电路板制作EMI滤波电路，通常使用于无足够深度安装一体式EMI滤波器的电源供应器，少了铁皮外壳多少会有噪声泄漏情形；而左边的插座上只加上Cx与Cy电容(稍后会介绍)，使用这类设计的电源，其EMI滤波电路通常需要做在主电路板上，若是主电路板上的EMI电路区空空如也，就代表该区组件被省略掉了。目前使用12公分风扇的电源供应器内部空间都不太能塞下一体式EMI滤波器，所以大多采用照片左右两边的做法。X电容(Cx，又称为跨接线路滤波电容):

这是EMI滤波电路组成中，用来跨接火线(L)与中性线(N)间的电容，用途是消除来自电力线的低通常态噪声。外观如照片所示为方型，上方会打上X或X2字样。

Y电容(Cy，又称为线路旁通电容器)：

Y电容为跨接于浮接地(FG)和火线(L)/中性线(N)之间，用来消除高通常态及共态噪声。而计算机用电源供应器中的FG点与金属外壳、地线(E)及输出端0V/GND共接，所以未连接接地线时，会经由两颗串联的Cy电容分压出输入电源一半的电位差(Vin/2)，人体碰触到后就有可能产生感电现象。Y电容的外观如照片，呈圆饼状。

共态扼流圈(交连电感)：

共模态扼流圈在滤波电路中为串联在火线(L)与中性线(N)上，用来消除电力在线低通共态以及射频噪声。有些电源的输入端线路，会有缠绕在磁芯上的设计，也可以当作是简单的共态扼流圈。其外观有环形与类似变压器的方形，部分可以见到外露的线圈。PS:所谓共态噪声，代表是L/N线对于地线E间的噪声，而常态噪声，则是L与N线之间的噪声，EMI滤波器功能主要是消除及阻挡这两类噪声。

在EMI滤波电路之后的是瞬时保护电路及整流电路，常见的组件如下。

保险丝：

保险丝就是当其流过其上的电流值超出额定限度时，会以熔断的方式来保护连接于后端电路，一般使用于电源供应器中的保险丝为快熔型，比较好的会使用防爆式保险丝，其与一般保险丝最大的差别是外管为米色陶瓷管，内填充防火材质避免熔断时产生火花。其安装于电路板上的方式有如图片上方的固定式(两端直接套上导线座并焊于电路板上)以及图片中央的可拆卸式(使用金属夹片固定)。下方的方形组件是温度保险丝，这类保险丝固定于大功率水泥电阻或是功率组件的散热片上，主要是用于超温保护，避免组件过热而损坏或发生火灾，这类保险丝也有与电流保险丝结合的版本，对电流及温度进行双重保护。

负温度系数电阻(NTC)：

因为电源供应器接通电源瞬间，其内的高压端电解电容属于无电状态，充电瞬间将产生过大电流突波以及线路压降，可能使桥式整流器等组件超出其额定电流而烧坏。NTC使用时串联于L或N线路上，启动时其内部阻抗值可以限制充电瞬间的电流值，而负温度系数的定义是其电阻会