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零起步学习 电源知识及技术漫谈第一期

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电源对于整台电脑来说有多重要，我想这个问题的答案不言自明。除了显示器之外，电脑整个平台都要靠电源来供电。如果把电脑比作一个人，那么电源的角 {MOD}就好比是人身上的整个血管网。如果没有电源来“供血”，那么整个电脑就根本无法“生存”。所以，电源的好坏，直接影响到整机的使用。    然而电源往往被DIY用户忽视。尤其是入门级用户在装机时，会将精力过多集中在CPU、主板、显卡等配件的选择上。对于电源通常都是“得过且过”，能用就行。这就给了一些劣质电源以生存的空间。而劣质的电源根本无法为硬件带来稳定的电力供应，用户使用时也是问题连连，轻则蓝屏、死机；重则导致硬件损坏。
    所以，笔者决定对电源知识和技术做一次详细而深入的介绍。我们将把这个文章分为几期，每期对电源的一个部分进行详细的介绍。今天我们就首先从外观上来认识一下电源。
电源的材质


镀锌外壳电源（左） 镀镍外壳电源（右）     电源的材质大同小异，一般都是金属外壳。只是有些电源外壳表面只采用简单的喷漆处理，防腐蚀的效果会差很多。长期使用后，可能会产生外壳被腐蚀的现象。好一些的电源外壳会采用镀锌处理，再好一些的会采用镀镍处理。这些电源防腐蚀的效果更好，能为电源内部的电路提供更好的保护。
电源散热网    

散热网开孔致密、排列规则     电源都会配备散热网，因为电源承担了电压转换、交流直流转换、稳压、滤波等多重使命，工作时会产生大量热量。如果没有散热网，这些热量就会聚积在电源内部，影响电源的工作。
    散热网通常采用金属冲孔的设计。金属冲孔网的开孔必须要规则、致密。这样在帮助电源散热的同时，也能保证电源外壳的稳定性，同时电源内部产生的一些电磁辐射也能被屏蔽在电源内部。
散热风扇

“前吸后吹”式风扇（左） “大风车”式风扇（右）     如果说散热网是被动进行散热，那么散热风扇就是进行主动散热。早期的电源产品多采用“前吸后吹”式的风扇，即在电源的相对的两面安装两个尺寸较小的风扇，一个吸气，一个吹气，从而达到散热的目的。
    而目前广泛采用的是“大风车”式的风扇设计，即在电源的顶盖上加装一个大尺寸的风扇。采用大尺寸风扇的好处是能用较低的转速产生足够的风量，从而达到散热和静音相结合。
电源接线 

“模块化设计”     电源接线是很有讲究的。目前较为高档的电源都采用了“模块化设计”，这种设计并没有将所有的接线“固化”在电源上，各种接口以“模块”的形式出现在电源上，这样用户就能做到“即插即用”，从而有效地避免了出现电源走线凌乱的现象。

接线外包裹有蛇皮网     同时，好电源的接线外部都包裹有蛇皮网，能更好地保护接线，也延长了接线的使用寿命。

电源铭牌
    说到电源铭牌，我们可要进行一番仔细认真地讲解了。用户在购买电源时，不可能把电源拆开看看里面的做工到底好还是不好。有经验的用户通过铭牌就能看出电源的好坏，甚至可以辨别电源的真伪。因为正规电源的铭牌包含了很多的信息，可以说是产品的简易“说明书”。

较为规范的电源铭牌     首先我们来看一个较为规范的电源铭牌，这里我们以康舒ATX-525CA-AB8FB电源的铭牌为例。整个铭牌字体工整，印制清晰，标识规范。这是正规产品必须要做到的。下面我们从几个方面对铭牌做更为细致的讲解。

铭牌上的商标     铭牌的左上角是产品商标，正规厂商当然不会在产品上省去自己的商标，因为商标是厂商的“脸面”，也是产品质量的一种象征。

电源采用“实标”标注     “ATX12V”表明产品符合ATX12V电源规范，更为详细的电源还会对产品所符合的规范版本进行标注，如“ATX12V 2.0”、“ATX12V 2.2”、“ATX12V 2.3”等。
    从铭牌上我们看出，产品采用了“实标”。产品的型号为ATX-525CA-AB8FB，而525W的功率，与型号中的“525”相对应。这样做的好处是方便了用户直观的了解电源的功率。采用“实标”的电源品牌目前并不是很多，这样做是十分值得称赞的。

输入输出的各项参数     铭牌上中间部分的表格是对输入输出的各项参数的描述。“AC INPUT”是对输入的交流电进行的描述。“100-240V”表明了电源能承受的输入电压范围，“10A-5A”是电源能承受的电流范围，而“50-60Hz”表明了电源所能承受的交流电的频率。国内通用的市电为220V，50Hz。
    “DC OUTPUT”是电源将市电进行装换后输出的直流电，以供电脑的硬件使用。在电源的各项输出中，最为重要的就是+12V输出。
    在ATX12V 2.0规范出现之后，+12V采用了双路路进行输出，其中+12V1专门为CPU进行供电，+12V2为其他设备进行供电。而随着显卡等设备功耗的不断攀升，一些高端电源甚至采用了+12V三路甚至是四路输出。
    +3.3V和+5V主要是对磁盘、光盘驱动器以及主板上的电路进行供电。
    -12V输出只要用于某些串口电路。通常情况下，-12V输出的电流都小于1A。
    +5Vsb的意思是“+5V Stand By”，用于在系统关闭之后，为电源以及系统提供唤醒服务。最早的ATX1.0版本中，+5Vsb仅要求达到0.1A。而随着CPU、主板不断的发展以及互联网的不断深入，0.1A已经远远不能满足系统的需求。为保障系统功能的实现，+5Vsb需要提供2A、3A甚至更高的电流。
    再来说说功率的问题。很多电源的铭牌上只标注了额定功率和最大功率，其实对每路输出的功率都进行进行标注，这样用户在选择的时候就更有针对性，更能找到适合自己配置的电源产品。
    铭牌上还包含了一些电源认证符号，正规产品都会通过这些认证。可能用户对这些符号并不是很了解，下面我们做个简短的介绍。

CCEE认证标识

    我国自主的电源认证规范主要包括CCEE和CCC两种。其中CCEE是“中国电工产品安全认证委员会”的英文简称，凡在国内市场上销售的电子产品，都必须通过这个强制认证，否则不能在市场上出售。

CCC认证标识     CCC是“中国强制认证”，属于国家强制执行的认证规范。
   
CE和FCC认证标识     CE是欧盟的拉丁缩写，被视为产品进入欧洲市场的“护照”。凡贴有“CE”标志的产品，都可以在欧盟各成员国内销售。FCC是一项关于电磁干扰的国际认证。
     
80PLUS和RoHS认证标识     其他较为流行的认证还包括80PLUS和RoHS。要通过80PLUS认证，电源在满载、50％负载和20％负载三种状态下，转换效率都要高于80％。而RoHS认证主要针对产品的环保性能，以保证产品中不含有铅、镉、汞等有害物质。

铭牌上的“警告”     最后电源铭牌上还应该标明一些“注意事项”、“警告”等，有的电源铭牌上还表明了生产许可证号和厂商名称，这样消费者购买时就更放心了。  

零起步学习 电源知识及技术漫谈第二期

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今天是漫谈的第二期，在上一期中我们说过，本期我们将拆开电源，带领大家看看电源内部的构造。要了解内部构造，我们首先要看看电源是怎样进行工作的。所以我们先来简单介绍一下常用的ATX电源的工作原理。    简单说来，电源承担的主要任务是进行电压、电流转换，即将市电电网供应的220V 50Hz的交流电，转换为能供电脑硬件使用的多种电压数值的直流电。
    将交流电转换为直流电，主要要经过整流和滤波两个过程。这个过程看似简单，其实不然。交流电的相位是不断变化的，即电压与电流之间存在一个相位差，说得再清楚一点，就是交流电的输出电压随着时间进行周期性的变化。而电脑使用的直流电相位是固定的，电压始终恒定不变。
    除了交直流电转换任务外，电源还要承担过压保护、欠压保护、过载保护、过电流保护等功能，所以电源的工作原理还是很复杂的。下面我们就来看看ATX开关电源的结构图。

ATX开关电源的结构图     上图就是ATX开关电源的结构图。由于市电电网中的交流电并不是特别纯净，所以220V的交流电首先要经过第一、二级EMI滤波，才能变成较为纯净的50Hz交流电，滤波后的交流电还要再进过全桥整流和滤波后，才能输出300V的直流电压。
    300V的直流电压同时加载到主开关管、主开关变压器、待机电源开关管、待机电源开关变压器上。加载到主开关变压器上的电压再进过进一步的整流和滤波，就能提供+12V、+5V、+3.3V等电压输出，供给电脑硬件使用。主开关管的作用是控制电源除+5Vsb外的输出电压的开启与关闭，即当主开关管上没有收到开关信号时，它就处于截止状态，而此时的主开关变压器上是没有电压输出的。
    待机电源开关管、待机电源开关变压器主要负责电源的开启与待机。当待机电源开关管处于工作状态时，待机电源开关变压器上会产生+5Vsb和+22V两组电压输出，其中，+5Vsb加到主板上作为待机电压，+22V电压是专门为主控IC供电的。
    整个电源的工作过程是这样的，当用户按动机箱上的电源开关时，电源的On/Off档（绿线）就处于低电平状态，主控IC电路内部的振荡电路就会立即启动。电路会产生一个脉冲信号，这个信号经推动管的放大后，加载到推动变压器上，再进过推动变压器加载到主开关管上。主开关管再将工作信号传递至主开关变压器上，主开关变压器工作，输出各组电压到主板上。
    但此时主板上的CPU还没有启动，等到+5V电压从零上升到95%后，IC电路检测到+5V上升到4.75V时，发出P.G信号（灰线），CPU才会启动，电脑才能开始正常工作。关机时，On/Off档（绿线）就处于高电平状态，IC电路内部的振荡电路不再工作，主开关管也因为没有脉冲信号而停止工作。电源也就停止了各路电压输出，处于待机状态。
    电源的各种保护功能是依赖于IC电路而实现的。在电源工作时，IC电路会检测是否存在短路、过流、过压、过载等异常状况，一旦发生异常状况，IC电路内部的振荡电路会立即停止工作。主开关管收不到振荡电路的脉冲信号，也会停止工作。从而起到了保护电源的目的。

第2页：认识电源各部分电路

    介绍了这么多，我想大家可能还是会有些不明白，毕竟上面介绍的只是电源的工作原理。那么下面，我们就通过实物，来认识一下电源内部的各个部分。电源内部最为容易辨认的是EMI滤波电路、高压滤波和低压滤波电路、PFC电路以及变压器。而能起到控制和检测电源功能的IC电路，通常都是固化在电源内部的PCB板上的，一般不容易看到。
EMI滤波电路

   
一级EMI电路做工简单、没有二级EMI电路    
用料扎实的两级EMI电路     EMI滤波电路是市电进入电源的第一道屏障。但是很多劣质的电源并不具备完整的两级EMI滤波电路，更黑心的山寨厂商甚至将两级电路全部省略。这样一来，电源根本就无法为硬件提供纯净的电力供应，对硬件的损害可想而知。好的电源会在EMI电路上下很大的功夫，而那些廉价的“黑电源”就会差很多。通过上图的对比，相信用户心中自有判断。
高压滤波和低压滤波电路
   
用料一般的高、低压滤波电路    
用料扎实的高、低压滤波电路     高压滤波电路最为显著的特征是两个个头很大的滤波电容，而低压滤波电路最显著的特征是密密麻麻的小个电容和大线圈。如果电源偷工减料，在电源的重量上会有所反映，所以建议用户不要买很轻的电源。读者可以通过图片，对电容的数量做个简单的对比。
PFC电路
   
被动式PFC电路（左） 主动式PFC电路（右）     PFC电路分为被动式和主动式两种。被动式PFC一般采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，功率因数只能达到0.7～0.8；而主动式PFC则由电感、电容及电子元器件组成，体积小、通过专用IC去调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。功率因数通常可达98%以上，但成本也相对较高。图中左侧为被动式PFC电路，右侧为主动式PFC电路。
变压器
   
双桥式变压器（左） 三桥式变压器（右）     电源的变压器是电源内部很重要的一个部分，它承担了电压转换的重任。目前，市场上的电源多采用双桥式或三桥式变压器。不要单单从变压器的个数是来判断电源的好坏，变压器内部线圈的大小，以及线圈的致密程度对电源的影响才是最大的。
IC电路
  
IC电路中的PWM控制芯片     IC电路多固化在PCB板上。想找到IC电路其实也不难，只要找到上图中这种黑 {MOD}的芯片，就能找到IC电路。图中的SG6105B型PWM控制芯片，通过调整驱动变压器的PWM信号来实现调整输出电压的功能，同时还集成了开关控制，PG电路，过压和欠压保护以及过功率保护功能。  

零起步学习 电源知识及技术漫谈第三期

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大家好！第三期《电源知识及技术漫谈》今天与大家见面了。在过去的两期文章中，我们主要向大家介绍了有关电源外观、铭牌、工作原理等知识，同时，我们还对电源内部的各个部分电路做了大体的介绍。    从本期开始，我们将主要把电源内部的各个部分电路做详细的介绍。今天我们为大家介绍的是EMI滤波电路。
什么是EMI
    要想知道什么是EMI滤波电路，我们首先要搞清楚什么是EMI。EMI是Electromagnetic Interference英文缩写，是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象。这种干扰现象很普遍，比如我们常见的电视机屏幕上出现的“雪花”，其实就是电磁干扰的一种。所以在医院、机场等这种电子仪器等比较多的场所，是禁止使用手机的。因为手机信号本身也是一种电磁波，会影响到一些仪器的使用。同样在市电网中传输的交流电，也会出现一些干扰信号。这些信号如果不加以过滤，会对硬件产品造成一定程度的伤害，同时也会影响到硬件工作的稳定性。
EMI滤波电路的重要作用
    EMI滤波电路作为电源中的第一道滤波电路，也可以说是电源的第一道屏障。它的主要作用就是滤除电网中的高频杂波和干扰信号，同时还要避免电源中产生的电磁辐射泄漏到外面，以减少电源开关本身对外界的干扰。如果电源没有EMI滤波电路，那么电源所产生的电磁辐射就会影响到显示器、声卡、MODEM等设备的正常使用。同时，这些电磁波还会对人体造成一定程度的伤害，影响到用户的健康。
EMI的发展动力
    EMI的发展动力主要可以分为三个方面，技术驱动力、相关的法规和标准、市场因素。在这些因素的共同驱使下，EMI不断发展成熟起来。
    1、技术驱动力 
    电子设备小型化是市场发展的必然趋势，这就使得电子敏感元件之间的间距变得越来越小，电子器件产生干扰的几率也就相应地增大了。元器件被干扰后，势必会影响到其正常的工作。同时，人们现在对健康也愈发关注，开始注意各种辐射对健康的影响，这也驱使着EMI技术不断向前发展。
　　2、相关的法规和标准
　　许多国家都制定了关于电磁辐射的一些法规和标准，产品在进入市场之前，必须要达到这些标准的规定，否则是不能在市场上销售的。
　　3、市场因素 
　　许多电子产品受到干扰会都会影响到正常使用，用户对此也是抱怨连连。同时长期处于电磁辐射的环境中，人的身体会受到很大的伤害。所以EMI技术不断发展也是大众的心愿。
ATX电源的EMI滤波电路
　　ATX电源的主要由电容和电感构成。市电电网的50Hz交流电进入电源后，在EMI电路的作用下，只有50Hz左右的交流电才可以顺利地通过，高于50Hz以上的高频干扰杂波将全部被EMI电路滤除。这样一来，纯净的50Hz交流电就能进入电源内部，经过电源的转换后，最终供给硬件使用。



　　我们一起来看看EMI滤波电路的工作原理图。图中C1和L1组成第一级EMI滤波，C2、C3、C4与L2组成第二级滤波，（其中C为电容符号，L为电感符号）。
说了这么多，到底这些电容和电感在电源中对应哪些实物电路，我想这才是大家更为关心的问题。那么就让我们打开电源，一起看看EMI滤波电路的实物，让读者有更加直观的感受。

一级EMI滤波电路做工一般     我们先来看看一级EMI滤波电路，它主要由一个电容和电感组成。上图中的黄 {MOD}立方体就是电容，它旁边的线圈就是电感。其实这只是做工较为简单的电源，一级EMI滤波电路要稳定、正常工作，电容和电感的质量是很重要的。从图中我们可以看出，黄 {MOD}的电容体积比较小，这就意味着电容的容量不会太大。同时我们看到，电感线圈缠绕不是很密实，其实这也是偷工减料的一种体现。

一级EMI滤波电路做工扎实 　　我们再来看一款用料比较扎实的电源，电容（绿 {MOD}方块）和电感（黑 {MOD}方块）“个头”都比较大，做工也很精细。同时，我们还看到了电线上缠绕的一些绿 {MOD}圆圈，这些都是用来减少电磁干扰的。很多做工简单的电源都将这些元件省略掉了，这种电源的滤波效果可想而知。
   
用料扎实的二级EMI滤波电路 　　我们再来看看二级EMI滤波电路。好电源的二级EMI滤波电路电容“林立”，电感线圈缠绕得很密实，更为细心的厂商还会在线圈的外面包裹上橡胶垫，以防止线圈时工作时互相干扰。

省去了二级EMI滤波电路 　　我们再来看看劣质电源的二级EMI滤波电路。没找到电子元件是吗？不要奇怪，很多几十块钱的“黑电源”根本就不具备完整的两级EMI滤波电路。所以在本应该设计二级EMI滤波电路的PCB板上，除了光秃秃的板子，我们什么也看到。
　　看到这里，也许你就会明白，为什么好电源和劣质电源单单在产品的重量上就存在较大的差异。曾经有经验的用户这样说：买电源就得带个秤，低于一斤的最好别要；拿在手上感觉还不如一块板砖重的，更是想也别想。这话说得可能太绝对了，但是道理是绝对没错的。  

零起步学习 电源知识及技术漫谈第四期

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整流滤波电路介绍
    《电源知识及技术漫谈》今天又和大家见面了。文章的第一期主要讲解了电源的铭牌，第二期主要讲解了电源内部的组成电路，第三期我们主要针对EMI滤波电路进行了讲解，今天我们要讲解的是整流和滤波电路，以及PFC电路。
    首先我们来说说整流和滤波电路。这部分电路主要分为两个部分：第一个部分是整流电路，它的主要任务是将交流电转化为直流电。第二个部分是滤波电路，它承担稳定直流电压的任务。


原理图     我们先来看一张原理图，其中集合了整流电路、滤波电路和PFC电路。图中左边的正方形是整流电路，C1、C2为滤波电路的一部分，L1和C3组成PFC电路。
整流电路
    整流说得通俗一点，就是将电流进行“整理”。可能这么说不太恰当，但是这样更便于理解。交流电的电流和电压都会随着时间周期性的变化，而电脑硬件是不能使用交流电的，必须将其“整理”为电压和电流恒定的直流电。
    电源通常采用的是桥式整流电路。图中左边的正方形就是桥式整流电路，它利用二极管的单向导电性，将4个二极管整合在一起，能将交流电转换为直流电。但是整流后的直流电还是不能被硬件直接使用，因为这时得到的直流电电压波动很大。要想得到电压较为稳定的直流电，还需要滤波电流的帮助。
滤波电路
    滤波电流又分为高压滤波和低压滤波两个部分。我们分别来看一下：

高质量容量大的滤波电容     高压滤波电路最为显著的特征是两个个头很大的滤波电容。其作用是虑除电流中的杂波，输出平稳的直流电。滤波电容的容量大小和滤波效果有很大关系，容量大的高压电解电容一般在470 uF以上。

容量较小、标志不清晰的电解电容     劣质电源通常都会在此处偷工减料。比如使用容量较小的电解电容，使用旧电容，电容容量与标注值不符等，这些都是山寨厂商惯用的手段。随着技术的发展，如今的高品质电源已经抛弃了传统的电解电容，而是采用更为稳定的固态电容，提高了电源的品质。

用料较为扎实的低压滤波电路
    低压滤波电路由大量个头较小的电容和一个或几个电感组成。在实物中，最为容易辨认的就是电感，也就是我们常见的线圈。低压电路主要是对经过高压滤波后的电压进行进更进一步“加工”，增强电压的稳定性。

低压滤波电路做工一般     低质量的电源的低压滤波电路同样也存在“缺斤短两”的现象，比如线圈铜丝的质量不高、线圈缠绕不紧密等等。而那些劣质电源根本不能为电源提供稳定的电压输出，所以对硬件的潜在危害是可想而知的。

PFC电路及控制电路简介

PFC电路
    再来说说PFC电路。我们都知道，电源在工作时产生热量，这就浪费了一部分能源。同时，将交流电转换成直流电，本身也会产生一部分能源流失。PFC是“功率因数”的意思，主要用来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高，说明电能的利用效率越高。 利用效率越高，就越节能，就能为用户节省更多的“电钱”。

    PFC电路分为被动式和主动式两种。被动式PFC电路一般采用电感补偿方法，减小交流输入的基波电流与电压之间相位差，从而达到提高功率因数的目的。采用被动式PFC的电源，功率因数只能达到0.7～0.8。


被动式PFC     上图就是被动式PFC电路的一部分，它最主要的特征就是这个“黄疙瘩”，它里面包裹的是由铜丝缠绕的铜片。由于这部分被包裹的很严实，即使电源出现问题，用户将电源拆开，也很少有人会想到将这部分电路再做拆解。这就给了一些不规范的产品以可乘之机。曾经有报道称，有些电源厂商竟然将铜片换成了纸片。
    主动式PFC电路则由电感、电容及电子元器件组成，体积更小。主动PFC通过专用IC电路去调整电流的波形，以对电流和电压间的相位差进行补偿。主动PFC的功率因数通常可达90%以上，但它的成本也相对较高，所以只有在功率较高的电源产品上才会看到这种设计。

主动式PFC     我们来看看主动PFC电路的实物。图中被绿 {MOD}胶带包裹的就是PFC电路的线圈，从侧面我们就可以看出线圈的缠绕密度还是很高的。外面缠绕的绝缘胶带是为了保证线圈在工作时不会影响到其他电子器件。
控制和保护电路

控制和保护电路     控制和保护电路多设置在电源的PCB上，所以不容易找到，但是有些产品也会用单独的PCB小板来做这部分电路。电源的过流、过压、过功率、欠电压和短路保护等功能，都是靠这部分电路完成的。   ····································· PS：此贴里关于用料扎实的EMI图片引用的有错误（有的引用的是低压LC滤波电路），为ZOL小编汗一个···