ATX电源详细内部结构及设计方案

ATX电源详细内部结构及设计方案电源基本内部结构篇：电源内部结构：先简单了解一下PC开关电源转换流程为：交流输入→EMI滤波电路→整流电路→功率因素校正电路(主动或是被动PFC)→一次侧(高压侧)开关电路转换成脉流→主要变压器→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。

为了方便，先从电源的交流输入端EMI滤波电路开始说吧，及相关组成元件的简单介绍上图中的三个部分都是电源输入端的一级EMI部分（习惯上的说法）。

可以看到一级EMI最基本的由X电容、Y电容（通常成对出现），个别会有铁氧体线圈（或模组线圈的形式）X电容(跨接线路滤波电容)：这是EMI滤波电路组成中，用来并联火线与零线间的电容，用来消除来自电力线的低通常态噪声。

外观为方形扁平形状。

Y电容为串联连接到火、零之间，用来消除高通常态及共态噪声。

铁氧体扼流圈在滤波电路中为串联在火、零线上，用来消除电线低通共态以及射频噪声，而在市电输入口的火、零线套上磁环则可以更好的滤除高频杂波。

泄电电阻大致作用是限制电路上流过的电流使电压稳定，并联与零火线上，于电源供应器关闭后释放电容内所储存的电荷，既可以保护电容又可以避免产生电击事故。

接下来看二级EMI部分：（习惯上把设计在电源PCB板上的EMI部分叫做二级EMI）上图为一款电源的二级EMI部分：两个X电容，一对Y电容，两个共模电感，一个差模电感，一个MOV做浪冲接收器，还可以看到一个继电器。

在这组二级EMI滤波电路中，X电容负责滤除差模干扰，Y电容负责滤除共模干扰，共模电感用于滤除共模干扰，差模电感用于滤除差模干扰。

当然，在部分电源的整流电路中我们也可以找到NTC。

上图是一款额定1200瓦电源的二级EMI部分，设计和用料相当完整。

再简单介绍一下其他一些电子元件：保险管：当通过它的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。

负温度系数电阻(NTC)：串联于火线或零线上，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随其温度上升而降低，所以随着电流流过本体使温度逐渐升高后，其阻值会随着降低，避免造成不必要功率消耗。

金氧变阻器(MOV)：并联于保险管后端的火线与地线间，当输入交流发生过电压时能及时让保险管熔断，避免使内部组件损坏。

以下举例说明一下一些较低档次电源的二级EMI部分：A为X城某300W电源：一个X电容，一对Y电容，两个共模电感，未发现保险管和浪冲接收元件，图中红圈出空焊位置应该是预留给MOV的。

B为XX3某400W电源，一个X电容，一对Y电容，两个共模电感，一个保险管，没有MOV，图中红圈出预留空焊位。

C为XX克某550W电源，一个X电容，一对Y电容，两个共模电感，一个保险管（热缩套包裹），没有MOV。

D为X马某270W电源，一个X电容，一个保险管，无共模电感和MOV。

另一部分得看一级EMI 部分。

低价低质，没什么说的。

E为XX花某450W电源，一个X电容，一对Y电容，一个共模电感，一个保险管，没有MOV，但在PFC主电容旁有一个NTC（绿色那个）。

F为X嘉某400W电源，一对Y电容，一个共模电感，一个保险管。

上图中所列几款电源，有国内厂商和国外的，有多少钱就用多少料，这只是其中一个环节。

当然，图中所列电源的设计方案也有很大区别。

所谓完整的EMI滤波电路，得综合来看市电输入端的一级EMI部分和在电源PCB板上的二级EMI部分。

高压滤波电容：上图中，左边看到的是在无PFC或被动PFC的电源中采用两个大号电容串联处理的，而通常这些电源都会加入倍压输入电路。

而这两个相同规格的电容串联后则是耐压值是原来单个的两倍，电容值是原来单个的一半,这个常见于半桥拓扑+被动PFC结构的电源；而配备主动PFC的电源，PFC电路本身就能完成升压功能，经过主动PFC电路输出的直流电压在300~415V左右，所以不需要加入倍压电路，电容是耐压值400V左右的规格。

而在正激+主动PFC结构的电源可以看到两个相同规格的电容并联，则耐压值跟原来的其中一个相同，电容值是两个的加和。

在高压滤波电容选择上不同瓦数级别的当然不同（无PFC或被动PFC 就不讨论了），但总得有个基本概念，电容的选择是否厚道可以根据其“保持时间”做一个参考，详细解析参看这个：/doc/0/553/553276.shtml上面两个表格不是对比，一个是金牌系列电源，一个是白牌系列电源，但在各个瓦数级别所用不同参数的主电容，大家应该心中有数。

对于额定300W级别电容值180uF，耐压400V，耐温85℃应该考虑为最低标配。

整流桥：整流桥内部由四颗二极管交互连接所构成，其作用是将输入交流进行全波整流后，供后端交换电路使用。

其外观与大小会因为组件额定电压及电流的不同而有所差异，部分电源的整流桥固定于散热片上，协助其散热，有利于长时间稳定的运作。

上图分别是不同品牌电源450W产品的整流桥图，图左的附有散热片，图右的则没有。

图左的整流桥有散热片可传输8A电流，以110V下满载87%的转换效率来算，这枚整流桥都可以支持760多瓦的功耗，超过450瓦非常多（编辑原话）。

图右的整流桥有散热片情况下可以输出6A，无散热片则只能输出3A，115V的电压满载80%的转换效率来算这枚整流桥只可以保证电源输出270瓦的功率。

因此，这也是在观察电源内部拆解的又一要点。

PFC电路：分为主动PFC（有源PFC）和被动PFC（无缘PFC），被动PFC其实就一个大电感，主动PFC电路组成如下，优点不多说了，网上流传的一大堆。

附一些名词的简单解析：主动PFC：作为主动功率因数校正电路控制，使电源可维持一定的功率因数，并减少高次谐波产生。

一次侧PWM：作为一次侧开关晶体驱动用PWM(脉宽调变)信号产生，随着电源输出状态对其任务周期(Duty Cycle)的控制。

PFC/PWM整合控制：将PFC/PWM两种控制器结合于单一IC中，可使电路更为简化，组件数目减少，缩小体积外也降低故障率。

二极管：硅二极管，肖特基二极管(SBD)、快速回复二极管(FRD)、齐纳二极管(ZD)等种类。

快恢复二极管主要用于主动PFC电路及一次侧电路；肖特基二极管用于二次侧，将变压器输出进行整流；齐纳二极管则是作为电压参考。

开关晶体管：在交换电路中作为无接点快速电子开关，依控制信号导通及截止，决定电流是否流过，在主动PFC电路以一次侧电路扮演重要角色。

随着开关组件的电路组成方式，可构成双晶顺向式、半桥式、全桥式、推挽式等等不同的拓扑结构，在相当部分大功率并且要求高效率的电源里也有使用开关晶体构成同步整流电路以及DC-DC降压电路的应用。

光耦：主要是用于高压电路与低压电路的信号传递，并维持其电路隔离，避免发生故障时高低压电路间产生异常电流流动，使低压组件损坏。

其原理就是使用发光二极管与光敏晶体管，利用光来进行信号传递，且因为两者并无电路上的链接，所以可以维持两端电路的隔离。

变压器：变压器作用是把高低电压分隔，并利用磁能进行能量交换，不仅可以避免高低压电路故障时的漏电危险，它本身能够简单产生多种电压输出。

因为变压器为功率传递路径之一，目前大功率电源都是使用多变压器的设计，避免单一变压器发生饱和现象而限制功率的输出。

通常电源是以变压器隔离一次侧（高压侧）和二次侧（低压侧）两部分。

上图中图左是传统的半桥拓扑结构，由左至右依次为：主变压器、驱动变压器、待机变压器；图右为正激拓扑结构，由左至右是主变压器、辅助变压器。

也由于主动PFC电路有独立管理电源模块，因此可以不需要用待机变压器。

当然在大功率电源中还可以看到第三个变压器。

下面介绍一下PC电源的一些结构上的设置方案。

主要部分为常见的一些设计方案和一些相关技术的应用简介。

一、半桥拓扑+被动的PFC+3.3V单路磁放大上图航嘉多核DH6内部结构，是典型的半桥拓扑+别动PFC结构，一般可以看到三个变压器分隔一次侧和二次侧电路，而从左至右第三个为待机变压器是最突出的特征。

因为正激结构可不需要待机变压器。

另一方面，在一次侧能找到倍压电路（上图中两个大号高压滤波电容）也是确定为半桥结构电源的一个佐证。

这里所说的半桥结构实际是使用的都是BJT双极型晶体管作为开关元件的电路结构。

半桥结构的电源有两个主要的技术限制，一是做成的瓦数级别不大，一般就500W或以下的，个别特例除外。

二是能达到的转换效率较低，大概就70%多或以下，但是由于方案简单，成本控制非常好。

在国内用户占有量巨大，一是不重视，二是图便宜。

当然也最容易忽悠的。

二、单管正激+被动PFC上图是战斧400的截图，单管正激（橙色圈单一个开关管，红框部分提示正激结构）+被动PFC。

战斧400、460、500同方案对应康舒IP430470510等。

这一结构可见于以前一些400瓦以下的电源中，以上一般都会改为双管正激结构。

在单管正激结构中，当开关管关断后，其需要承受的电压高于电源电压，则需要专门的磁复位电路辅助。

而采用双管正激，则每个开关管所承受的电压应力减半，则可以用较低内压的MOS 管也没问题。

但由于使用两个开关管，则需要配备两套驱动电路，加大了其电路复杂性。

三、双管正激+主动PFC+3.3V单路磁放大上图是安钛克EA380D GREEN内部截图，两个开关管（红色框）和3.3V磁放大电感（橙色圈）。

这个方案在2008年底国内逐渐开始普及于300瓦以上的电源产品上，转换效率及动态性能都较之于传统的老式半桥结构好，成本虽然较半桥高但也能较好的控制。

磁放大可以看主变压器附近的磁芯电感个数，一个就是单路，两个就是双路；也可以根据二次侧电感来判断：单路磁放大是12V和5V共用一个大的储能电感，可以看出线圈有两组不同的颜色的绕组，余下一个是3.3V电感；双路磁放大三路分别为+12V、+5V、+3.3V各一个电感，其中5V和3.3V用的电感规格一般相同。

利用磁放大的方式处理3.3V和5V的，或者单独用3.3V单路磁放大，或者用3.3V和5V双路的磁放大，使用双路磁放大的电源最大的优势在于12V、5V、3.3V三路互不干扰，因而+5V和+3.3V输出电压的调节性能更好。

磁放大技术在业界已经非常成熟了，既不新鲜也不先进。

PC电源中产生+12V和+5V都有完整的整流和滤波电路，而+3.3V输出通常是由+5V整流后输出，所以+3.3V输出电流是受到+5V输出电流值限制的。

而单路+3.3V磁放大的实现是用+3.3V使用非晶磁环对+5V绕组输出然后整流滤波而共享了+5V绕组来实现对+3.3V输出放大。

正因为电源中PWM调制芯片不能使+5V,+12V,+3.3V同时一起调节。

这样一来就会直接影响各组电压的输出稳定性。