拆開電源看優(yōu)劣

極少部分電源生產(chǎn)廠商為獲得更多利潤(rùn)，在電源的設(shè)計(jì)、用料、做工等方面偷工減料，導(dǎo)致市場(chǎng)中出現(xiàn)了不少劣質(zhì)電源，給消費(fèi)者造成許多不必要的損失。那么，電源的優(yōu)劣該如何分辨呢？我們認(rèn)為，只有對(duì)電源內(nèi)部的各重要部分進(jìn)行分析，才能更好的解答這個(gè)問題。故此，本刊特邀金河田資深電源工程師劉正波做客技術(shù)廣角，從專業(yè)角度分析ATX電源的優(yōu)劣。(優(yōu)質(zhì)電源示例采用金河田勁霸ATX-600)　　一、 ATX電源的重要性及其工作原理ATX電源在電腦中所起的基本作用是將220V交流電轉(zhuǎn)化為電腦所需的直流電，但從原理或設(shè)計(jì)來講它則包含四個(gè)方面：a. 將220V交流電與輸出的直流電隔離，同時(shí)將220V交流電轉(zhuǎn)化為供電腦主板和其他設(shè)備使用的低壓直流電。b. 防止雷擊、尖峰脈沖等外界干擾通過電網(wǎng)影響電腦工作。c. 開關(guān)電源內(nèi)部的元器件在工作時(shí)會(huì)處于頻繁的開/關(guān)狀態(tài)，這樣就會(huì)不可避免地產(chǎn)生一些干擾信號(hào)，而ATX電源本身應(yīng)該具備濾除這些干擾信號(hào)的功能，以避免對(duì)電網(wǎng)中的其他電器設(shè)備產(chǎn)生干擾。d. 通過電源風(fēng)扇抽風(fēng)，降低機(jī)箱內(nèi)部溫度，以達(dá)到輔助主板、CPU、顯卡、硬盤等配件散熱的目的。由以上幾點(diǎn)足見ATX電源的重要性，所以我們將從ATX電源的原理部分開始，針對(duì)其內(nèi)部的重要組成部分進(jìn)行分析。以市場(chǎng)上常見ATX電源所采用的半橋電路為例，其工作流程為：電源的外接AC電壓經(jīng)過EMI濾波電路濾除各種干擾信號(hào)后，通過整流濾波將AC電壓變?yōu)槠交闹绷麟?，?jīng)過開關(guān)晶體管的導(dǎo)通與截止，并結(jié)合變壓器的隔離及電壓變換作用，最后通過低壓端的整流濾波電路輸出。開關(guān)電源的穩(wěn)壓保護(hù)過程則是經(jīng)反饋電路從輸出端取樣，再將信號(hào)送到PWM（Pulse-Width Modulation，脈寬調(diào)制）電路調(diào)節(jié)開關(guān)晶體管的導(dǎo)通與截止時(shí)間，從而使輸出電壓穩(wěn)定。各種保護(hù)功能是通過對(duì)輸出端的電流、電壓的監(jiān)控然后將信號(hào)反饋到PWM控制電路從而實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能。

圖1 ATX電源半橋電路工作流程示意圖

　　二、拆開電源分析優(yōu)劣從內(nèi)部來看，ATX電源由幾個(gè)部分組合而成（圖2），這幾部分的有無或優(yōu)劣，將直接影響最終用戶正常使用電腦。

圖2組成ATX電源的重要部分

1.EMI濾波部分

電源的EMI濾波部分主要是為了濾除外界的突發(fā)脈沖和高頻干擾, 同時(shí)將其自身產(chǎn)生的電磁輻射削減到最低.ATX電源的EMI部分主要是由濾除共模干擾的電容(圖4中方框圈選部分)、濾除差模干擾的電容（圖4中圓圈框選部分）、扼流線圈等組成。較好的電源其EMI部分通常采用兩部分，一部分在公座上加了一個(gè)CE小板，ATX電源的EMI是3C認(rèn)證中的一個(gè)重要檢測(cè)項(xiàng)目。優(yōu)質(zhì)電源會(huì)采用完整的二級(jí)濾波電路。劣質(zhì)電源最有可能在這部分偷工減料，最常見的做法是省掉一級(jí)濾波電路或干脆不采用EMI濾波部分，或者濾除差模干擾的電容采用非安規(guī)材料。

圖3優(yōu)質(zhì)電源輸入座上的一級(jí)EMI濾波電路

圖4優(yōu)質(zhì)電源PCB大板上的EMI二級(jí)濾波電路

圖5劣質(zhì)電源的EMI部分及EMI電路，無法通過3C測(cè)試

2. 整流部分和高壓濾波部分

電源通過EMI濾波以后由橋式整流管將其變?yōu)檩^平滑的直流電，然后經(jīng)過高壓電容對(duì)其進(jìn)行高壓濾波。電源橋式整流部分常用的方案有兩種：一種是由四個(gè)分立的二極管組成，另一種是將四個(gè)分立的二極管集成在一起。后一種方案的優(yōu)點(diǎn)是便于散熱，一般超過300W的電源都采用集成式，其耐壓值至少為600V，ATX電源的高壓濾波一般采用兩個(gè)耐壓值為200V的電容.電容的容量直接影響著電源的低壓特性,這個(gè)問題在我國(guó)顯得尤其重要,因?yàn)閲?guó)內(nèi)大部分地區(qū)的電網(wǎng)并非想像中那么穩(wěn)定.一般在用電比較密集的環(huán)境,電網(wǎng)電壓會(huì)由標(biāo)準(zhǔn)的220V降到180V～190V，如電源的低壓特性不夠好,會(huì)引發(fā)多種問題,如電腦在用電高峰期會(huì)頻繁死機(jī)重啟等.一般設(shè)計(jì)較好的300W電源上,其平滑濾波電容（業(yè)內(nèi)俗稱大電容）的容量應(yīng)達(dá)680μF或更高。劣質(zhì)ATX電源的大電容容量大部分不足，最明顯的是大電容的體積偏小。

圖6優(yōu)質(zhì)350W電源采用1000μF的大電容

3. PFC電路PFC(power factor correction)電路即功率因數(shù)校正電路, PFC補(bǔ)償電路分為兩種，一種是被動(dòng)式PFC（打開ATX電源機(jī)殼會(huì)發(fā)現(xiàn)上蓋或下蓋有一類似變壓器的元件），其作用是可以降低電源對(duì)電網(wǎng)諧波干擾和電網(wǎng)對(duì)電源干擾， 成本較低，可靠性比較高。在網(wǎng)吧與公司這樣電腦集中使用場(chǎng)合中，被動(dòng)式PFC的效果非常明顯；另一種是主動(dòng)式PFC電路，其AC部分有一大的環(huán)形電感，此處還大多帶一塊PFC控制小卡。主動(dòng)式PFC功率因數(shù)高,AC輸入電壓可以設(shè)計(jì)成100～264Vac，不過相對(duì)于被動(dòng)式PFC而言，其成本較高，可靠性反而不如被動(dòng)式PFC設(shè)計(jì)。在國(guó)內(nèi)銷售的電源大部分采用的為被動(dòng)式PFC,其最明顯的特征是含有一個(gè)PFC電感.市面上的部分劣質(zhì)電源此部分會(huì)采用假PFC電感或根本不做PFC設(shè)計(jì)。

圖7 PFC電感的外形與變壓器相似

4. 開關(guān)晶體管

開關(guān)晶體管是開關(guān)電源中極為重要的部分,它是通過自激式或它激式使開關(guān)管工作在“開/關(guān)”狀態(tài)。其耐壓程度不小于800V(半橋式其耐壓為400V)，電流應(yīng)不小于6A，因開關(guān)晶體管工作的頻率和反向電壓均較高，為易損部件，而又是開關(guān)電源的核心，所以其質(zhì)量的好壞是與電源的質(zhì)量是成正比的。開關(guān)管做假的可能性比較小，因?yàn)榇朔N開關(guān)晶體管沒有一定能力是無法生產(chǎn)的，劣質(zhì)電源最常用的是用舊管，或采用一些雜牌的晶體管來代替。

圖8電源中的開關(guān)晶體管

5. 變壓器

在ATX電源中，變壓器的作用是對(duì)電源高壓端和低壓端進(jìn)行隔離，以及電壓的變換（即將高壓轉(zhuǎn)化為低壓），其電壓變換的比例是根據(jù)變壓器兩邊匝數(shù)的比例來決定的。變壓器的體積越大，其傳送的能量就越多。劣質(zhì)電源的變壓器體積偏小，會(huì)導(dǎo)致電源的輸出功率不足，無法滿足設(shè)備的需要。

圖9優(yōu)質(zhì)電源（左）與劣質(zhì)電源（右）的變壓器體積大小對(duì)比

6. PWM控制電路

開關(guān)電源的控制保護(hù)部分, 是通過反饋電路從輸出端取樣，再將信號(hào)送到PWM電路，調(diào)節(jié)開關(guān)晶體管的導(dǎo)通與截止時(shí)間,從而使輸出電壓穩(wěn)定。各種保護(hù)功能是通過對(duì)輸出端的電流、電壓的監(jiān)控,然后將信號(hào)反饋到PWM控制電路從而實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能. PWM控制電路在電源的內(nèi)部構(gòu)造中為很重要的一部分，此部分做假的可能性較小，而且電路大部分的用料都不算很貴，無做假的必要。但是極少部分劣質(zhì)電源還是會(huì)在這里省掉部分保護(hù)電路。最簡(jiǎn)單的判別方法就是看此部分PCB板上是否存在插件的空位。

圖10如果圖中框選部分存在未插元件的空位，則說明該產(chǎn)品在PWM控制電路上偷工減料。

7. 其它部分

●散熱風(fēng)扇：ATX電源使用的風(fēng)扇根據(jù)尺寸分有8025（風(fēng)扇直徑*厚度，80mm*25mm），12025（120mm*25mm），8015（80mm*15mm，多數(shù)用于Micro機(jī)型）。按轉(zhuǎn)速分有：低轉(zhuǎn)速（1500rpm左右），中轉(zhuǎn)速（2500rpm左右），高轉(zhuǎn)速（3000rpm或更高）。一般扇葉直徑越大其轉(zhuǎn)速越低，因?yàn)槠渖热~越大其排風(fēng)量就越大,在相同的情況下的轉(zhuǎn)速就可以降低,從而減小運(yùn)行噪聲.這也是大風(fēng)扇電源被稱為靜音電源的主要原因.

●外殼：ATX電源用外殼多數(shù)材質(zhì)為鍍鋅鋼板（SECC），也有少數(shù)用鋁做外殼。有一些高檔的產(chǎn)品，將外殼進(jìn)行鍍金或鍍鎳處理的，不僅美觀，還能起到防銹的作用?！耠娫吹纳崞阂粋€(gè)設(shè)計(jì)正常的電源，影響其壽命長(zhǎng)短的最大因素就是電源內(nèi)部溫度的高低。散熱片是根據(jù)有些金屬（如銅、鋁等）傳熱較快的原理，由電源中發(fā)熱量較大的元器件（電源的開關(guān)晶體和輸出整流管）將熱量傳至散熱片上，再由風(fēng)扇散熱。常用電源采用的散熱片其材質(zhì)一般為鋁質(zhì)?，F(xiàn)實(shí)中只要成本可接受，散熱片的體積越大越好。

　　三、劣質(zhì)ATX電源的危害使用劣質(zhì)電源對(duì)用戶而言危害無窮，具體的危害歸納起來有以下7點(diǎn)：① 電源散熱結(jié)構(gòu)不好：使電腦工作不穩(wěn)定，造成長(zhǎng)時(shí)間使用后系統(tǒng)頻繁死機(jī)，更嚴(yán)重的情況則會(huì)燒壞CPU。② 功率不夠：電源使用壽命低，內(nèi)部元件過熱，容易造成運(yùn)行大型圖形軟件或游戲時(shí)死機(jī)，而且無法帶多個(gè)外設(shè)。③ 電源無PFC電路：可能會(huì)造成電腦突發(fā)性死機(jī)，重新啟動(dòng)。④ 電腦抗干擾性不好：即無EMI也未通過3C認(rèn)證，容易因雷擊而導(dǎo)致主板和其他硬件損壞；多臺(tái)電腦在一塊使用時(shí)相互干擾，出現(xiàn)不定時(shí)死機(jī)重啟的故障。⑤ 制作工藝粗糙：電源使用壽命不長(zhǎng)，電源工作不穩(wěn)定，PCB焊點(diǎn)一個(gè)以上自動(dòng)錫裂，在經(jīng)過運(yùn)輸振動(dòng)之后無電流輸出。⑥ 主要元件選用過次：風(fēng)扇噪聲大，停止轉(zhuǎn)動(dòng)后造成電源的元器件因過熱而發(fā)生炸裂，即業(yè)內(nèi)常說的“炸機(jī)”。在低溫地區(qū)或高溫地區(qū)電源無法正常工作，電源負(fù)載能力變差。并且在AC輸入偏低或偏高的地區(qū)無法使用，易受電子設(shè)備在電網(wǎng)中開關(guān)機(jī)影響。⑦ 無安全保證：電源漏電或功率大時(shí)易發(fā)熱起火。

　　四、總結(jié)如何判斷ATX電源的優(yōu)劣?其實(shí)不外乎三個(gè)方面：設(shè)計(jì)、用料、做工。從用料來講，優(yōu)質(zhì) DC/AC線均有束線帶綁扎；AC大電容使用考究，容量充足，一般200W機(jī)種使用330UF以上，250W使用470UF以上，300W使用680UF以上的；200W以上的ATX電源應(yīng)使用ERL-35變壓器。功率器件的散熱片應(yīng)使用純鋁，且厚度足夠，一般200W電源的散熱片厚度為2～2.5mm，250W電源的為2.5～4mm。從制作工藝來講，電源內(nèi)部各元器件應(yīng)排列整齊，大體積元件應(yīng)使用膠水加強(qiáng)固定，元件焊點(diǎn)飽滿，線材排列整齊，元件傾斜度較?。ù笤∮?0度，小元件小于5度），焊接在PCB上的元件引腳長(zhǎng)為0.8～2.5mm之間，高發(fā)熱元件套熱縮套管。目前市場(chǎng)對(duì)ATX電源的需求正逐步向大功率、多保護(hù)（過流、過熱、過壓、過功率）、高可靠、小體積方向發(fā)展。從設(shè)計(jì)和制造的角度來看，也只有達(dá)到以上要求的ATX電源，才算得上可滿足最終用戶需求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。