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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。
$ ^# ^: p' Z1 S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。
) Q- X& ^$ H$ ?: u- ~$ X- k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5V Standby(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。
4 x# O; \4 T P& M( y! p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。
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* Y. g7 p) b+ w: [/ Y% w) @- R方块图如下图所示:4 F" L! Z5 Z. \2 R" X
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以下从交流输入端EMI滤波电路常见的组件开始介绍。
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4 c8 D9 {2 G7 z% O" ]- }交流电输入插座:
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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。- m& ]! d/ d# j. X( V5 x/ C$ f
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。
6 {5 Y1 N2 U; m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。: g8 g. U7 G8 x& |; D% ~
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X电容(Cx,又称为跨接线路滤波电容):
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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。
( q- H: _5 l' M, m3 j1 j外观如照片所示为方型,上方会打上X或X2字样。: O; I/ B* @3 i& e1 T3 G
Y电容(Cy,又称为线路旁通电容器):
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5 i6 W% g) J1 k3 v$ M; T$ w( DY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。
* s! ^- ?( H2 a C0 h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。, {6 M" |0 y8 y. r; {7 w$ y
Y电容的外观如照片,呈圆饼状。
. h% s8 d8 V1 }* a0 w: [8 \( C共态扼流圈(交连电感):
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