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开关电源工作原理]开关电源入门必读：工作原理超详细解析

型号：LDX-K3050
输出电压：0-30V 输出电流：0-50A
来源：中外著名企业
发布时间：2024-06-06 16:04:37
个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术，所以我们大家常常会将个人PC电源称之为—
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个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术，所以我们大家常常会将个人PC电源称之为——开关电源（SwitchingModePowerSupplies，简称SMPS），它还有一个绰号——DC-DC转化器。［本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。

目前最重要的包含两种电源类型：线性电源（linear）和开关电源（switching）。线性电源的工作原理是首先将127V或者220V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经过转换后的低压依然是AC交流电；然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并将低压AC交流电转化为脉动电压（配图1和2中的“3”）；下一步需要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电（配图1和2中的“4”）；此时得到的低压直流电依然不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要稳压二极管或电压整流电路进行矫正。最后，我们就能够获得纯净的低压DC直流电输出了（配图1和2中的“5”）

尽管说线性电源很适合为低功耗设备供电，比如说无绳电话、PlayStation/Wii/Xbox等游戏主机等等，但是对于高功耗设备而言，线性电源将会力不从心。（

对于线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：也即说如果输入市电的频率越低时，线性电源就需要越大的电容与变压器，反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz（有些国家是50Hz）频率的AC市电，这是一个相比来说较低的频率，所以其变压器以及电容的个头往往都相对来说还是比较大。此外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。

由此可见，对于个人PC领域而言，制造一台线性电源将会是一件疯狂的举动，因为它的体积将会非常大、重量也会非常的重。所以说个人PC用户并不适合用线性电源。

AC输入电压可以在进入变压开关电源能够最终靠高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言，

器之前升压（升压前一般是50-60KHz）。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是，我们大家常常所说的“开关电源”其实是“高频开关电源”的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有一点关系的。

事实上，最终用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案：闭回路系统（closedloopsystem）——负责控制开关管的电路，从电源的输出获得反馈信号，然后根据PC的功耗来增加或者降低某一周期内的电压的频率以便能适应电源的变压器（这样的解决方法称作PWM，PulseWidthModulation，脉冲宽度调制）。所以说，开关电源能够准确的通过与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整，从而能够让变压器以及其他的元器件带走更少量的能量，而且降低发热量。

反观线性电源，它的设计理念就是功率至上，即便负载电路并不是特别需要很大电流。这样做的后果就是所有元件即便非必要的时候也工作在满负荷下，结果产生高很多的热量。

下图3和4描述的是开关电源的PWM反馈机制。图3描述的是没有PFC(PowerFactorCorrection，功率因素校正)电路的廉价电源，图4描述的是采用主动式PFC设计的中高端电源。

通过图3和图4的对比我们大家可以看出两者的不同之处：一个具备主动式PFC电路而另一个不具备，前者没有110/220V转换器，而且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式PFC电源的讲解。

为了让读者能够更好的理解电源的工作原理，以上我们提供的是非常基本的图解，图中并未包含其他额外的电路，比如说短路保护、待机电路以及PG信号发生器等等。[）当然了，如果您还想了解一下更加详尽的图解，请看图5。如果看不懂也没关系，因为这张图本来就是为那些专业电源设计人员看的。

你可能会问，图5设计图中为什么没有电压整流电路？事实上，PWM电路已经肩负起了电压整流的工作。输入电压在经过开关管之前将会再次校正，而且进入变压器的电压已经成为方形波。所以，变压器输出的波形也是方形波，而不是正弦波。由于此时波形已经是方形波，所以电压可以轻而易举的被变压器转换为DC直流电压。也就是说，当电压被变压器重新校正之后，输出电压已经变成了DC直流电压。这就是为什么很多时候开关电源经常会被称之为DC-DC转换器。

馈送PWM控制电路的回路负责所有需要的调节功能。如果输出电压错误时，PWM控制电路就会改变工作周期的控制信号以适应变压器，最终将输出电压校正过来。这种情况经常会发生在PC功耗升高的时，此时输出电压趋于下降，或者PC功耗下降的时，此时输出电压趋于上升。

★在变压器之前的所有电路及模块称为“primary”（一次侧），在变压器之后的所有电路及模块称为“secondary”（二次侧）；

★采用主动式PFC设计的电源不具备110V/220V转换器，同时也没有电压倍压器；

★对于没有PFC电路的电源而言，如果110V/220V被设定为110V时，电流在进入整流桥之前，电源本身将会利用电压倍压器将110V提升至220V左右；

★PC电源上的开关管由一对功率MOSFET管构成，当然也有其他的组合方式，之后我们将会详解；

★变压器所需波形为方形波，所以通过变压器后的电压波形都是方形波，而非正弦波；

★PWM控制电流往往都是集成电路，通常是通过一个小的变压器与一次侧隔离，而有时候也可能是通过耦合芯片（一种很小的带有LED和光电晶体管的IC芯片）和一次侧隔离；

PWM★PWM控制电路是根据电源的输出负载情况来控制电源的开关管的闭合的。如果输出电压过高或者过低时，

下一页我们将通过图片来研究电源的每一个模块和电路，通过实物图形象的告诉你在电源中何处能找到它们。第3页：看图说话：电源内部揭秘

当你第一次打开一台电源后（确保电源线没有和市电连接，否则会被电到），你可能会被里面那些奇奇怪怪的元器件搞得晕头转向，但是有两样东西你肯定认识：电源风扇和散热片。

但是您应该很容易就能分辨出电源内部哪些元器件属于一次侧，哪些属于二次侧。[一般来讲，如果你看到一个（采用主动式PFC电路的电源）或者两个（无PFC电路的电源）很大的滤波电容的话，那一侧就是一次侧。

一般情况下，再电源的两个散热片之间都会安排3个变压器，比如说图7所示，主变压器是最大个的那颗；中等“体型”的那颗往往负责+5VSB输出，而最小的那颗一般用于PWM控制电路，主要用于隔离一次侧和二次侧部分（这也是为什么在上文图3和图4中的变压器上贴着“隔离器”的标签）。有些电源并不把变压器当“隔离器”来用，而是采用一颗或者多颗光耦（看起来像是IC整合芯片），也即说采用这种设计方案的电源只有两个变压器——主变压器和辅变压器。

电源内部一般都有两个散热片，一个属于一次侧，另一个属于二次侧。如果是一台主动式PFC电源，那么它的在一次侧的散热片上，你可以看到开关管、PFC晶体管以及二极管。这也不是绝对的，因为也有些厂商可能会选择将主动式PFC组件安装到独立的散热片上，此时在一次侧会有两个散热片。

在二次侧的散热片上，你会发现有一些整流器，它们看起来和三极管有点像，但事实上，它们都是有两颗功率二极管组合而成的。

在二次侧的散热片旁边，你还会看到很多电容和电感线圈，共同共同组成了低压滤波模块——找到它们也就找到了二次侧。

区分一次侧和二次侧更简单的方法就是跟着电源的线走。一般来讲，与输出线相连的往往是二次侧，而与输入线相连的是一次侧（从市电接入的输入线所示。

以上我们从宏观的角度大致介绍了一下一台电源内部的各个模块。[下面我们细化一下，将话题转移到电源各个模块的元器件上来……

市电接入PC开关电源之后，首先进入瞬变滤波电路（TransientFiltering），也就是我们常说的EMI电路。下图8描述的是一台PC电源的“推荐的”的瞬变滤波电路的电路图。

为什么要强调是“推荐的”的呢？因为市面上很多电源，尤其是低端电源，往往会省去图8中的一些元器件。所以说通过检查EMI电路是否有缩水就可以来判断你的电源品质的优劣。

EMI电路电路的主要部件是MOV(lOxideVaristor，金属氧化物压敏电阻)，或者压敏电阻（图8中RV1所示），负责抑制市电瞬变中的尖峰。MOV元件同样被用在浪涌抑制器上（surgesuppressors）。尽管如此，许多低端电源为了节省成本往往会砍掉重要的MOV元件。对于配备MOV元件电源而言，有无浪涌抑制器已经不重要了，因为电源已经有了抑制浪涌的功能。

图8中的L1andL2是铁素体线为圆盘电容，通常是蓝色的，这些电容通常也叫“Y”电容；C3是金属化聚酯电容，通常容量为100nF、470nF或680nF，也叫“X”电容；有些电源配备了两颗X电容，和市

X电容可以任何一种和市电并联的电容；Y电容一般都是两两配对，需要串联连接到火、零之间并将两个电容的中点通过机箱接地。也就是说，它们是和市电并联的。

瞬变滤波电路不仅可以起到给市电滤波的作用，而且可以阻止开关管产生的噪声干扰到同在一根市电上的其他电子设备。

一起来看几个实际的例子。如图9所示，你能看到一些奇怪之处吗？这个电源居然没有瞬变滤波电路！这是一款低廉的“山寨”电源。请注意，看看电路板上的标记，瞬变滤波电路本来应该有才对，但是却被丧失良知的黑心JS们带到了市场里。

再看图10实物所示，这是一款具备瞬变滤波电路的低端电源，但是正如我们看到的那样，这款电源的瞬变滤波电路省去了重要的MOV压敏电阻，而且只有一个铁素体线圈；不过这款电源配备了一个额外的X电容。

瞬变滤波电路分为一级EMI和二级EMI，很多电源的一级EMI往往会被安置在一个独立的PCB板上，靠近市电接口部分，二级EMI则被安置在电源的主PCB板上，如下图11和12所示。［

再看这款电源的二级EMI。在这里我们能看到MOV压敏电阻，尽管它的安置位置有点奇怪，位于第二个铁素体的后面。总体而言，应该说这款电源的EMI电路是非常完整的。

值得一提的是，以上这款电源的MOV压敏电阻是黄色的，但是事实上大部分MOV都是深蓝色的。［

此外，这款电源的瞬变滤波电路还配备了保险管（图8中F1所示）。需要注意了，如果你发现保险管内的保险丝已经烧断了，那么可以肯定的是，电源内部的某个或者某些元器件是存在缺陷的。如果此时更换保险管的话是没有用的，当你开机之后很可能再次被烧断。

上文已经说过，开关电源主要包括主动式PFC电源和被动式PFC电源，后者没有PFC电路，但是配备了倍压器（voltagedoubler）。倍压器采用两颗巨大的电解电容，也就是说，如果你在电源内部看到两颗大号电容的话，那基本可以判断出这就是电源的倍压器。前面我们已经提到，倍压器只适合于127V电压的地区。

在倍压器的一侧可以看到整流桥。[］整流桥可以是由4颗二极管组成，也可以是有单个元器件组成，如图15所示。高端电源的整流桥一般都会安置在专门的散热片上。

NTC热敏在一次侧部分通常还会配备一个NTC热敏电阻——一种可以根据温度的变化改变电阻值的电阻器。（］

电阻是NegativeTemperatureCoefficient的缩写形式。它的作用主要是用来当温度很低或者很高时重新匹配供电，和陶瓷圆盘电容比较相似，通常是橄榄色。

毫无疑问，这种电路仅可以在配有主动PFC电路的电源中才能看到。图16描述的正是典型的PFC电路：

主动式PFC电路通常使用两个功率MOSFET开关管。这些开关管一般都会安置在一次侧的散热片上。为了易于理解，我们用在字母标记了每一颗MOSFET开关管：S表示源极（Source）、D表示漏极（Drain）、G表示栅极（Gate）。

PFC二极管是一颗功率二极管，通常采用的是和功率晶体管类似的封装技术，两者长的很像，同样被安置在一次侧的散热片上，不过PFC二极管只有两根针脚。

PFC电路中的电感是电源中最大的电感；一次侧的滤波电容是主动式PFC电源一次侧部分最大的电解电容。

图16中的电阻器是一颗NTC热敏电阻，可以更加温度的变化而改变电阻值，和二级EMI的NTC热敏电阻起相同的作用。[］

主动式PFC控制电路通常基于一颗IC整合电路，有时候这种整合电路同时会负责控制PWM电路（用于控制开关管的闭合）。这种整合电路通常被称为“PFC/PWMcombo”.

照旧，先看一些实例。在图17中，我们将一次侧的散热片去除之后可以更好的看到元器件。左侧是瞬变滤波电路的二级EMI电路，上文已经详细介绍过；再看左侧，全部都是主动式PFC电路的组件。由于我们已经将散热片去除，所以在图片上已经看不到PFC晶体管以及PFC二极管了。此外，稍加留意的话可以看到，在整流桥和主动式PFC电路之间有一个X电容（整流桥散热片底部的棕色元件）。通常情况下，外形酷似陶制圆盘电容的橄榄色热敏电阻都会有橡胶皮包裹。

图18是一次侧散热片上的元件。这款电源配备了两个MOSFET开关管和主动式PFC电路的功率二极管：

先前我们已经提到，一太PC电源一般都会配备3个变压器：个头最大的那颗是之前图3、4和图19-23上标示出来的主变压器，它的一次侧与开关管相连，二次侧与整流电路与滤波电路相连，可以提供电源的低压直流输出（+12V，+5V，+3.3V，-12V，-5V）。(

最小的那颗变压器负载+5VSB输出，通常也成为待机变压器，随时处于“待命状态”，因为这部分输出始终是开启的，即便是PC电源处于关闭状态也是如此。

第三个变压器室隔离器，将PWM控制电路和开关管相连。并不是所有的电源都会装备这个变压器，因为有些电源往往会配备具备相同功能的光耦整合电路。

PWM控制电路基于一块整合电路。［］一般情况下，没有装备主动式PFC的电源都会采用TL494整合电路（下图26中采用的是可兼容的DBL494整合芯片）。具备主动式PFC电路的电源里，有时候也会采用一种用来取代PWM芯片和PFC控制电路的芯片。CM6800芯片就是一个很好的例子，它可以很好的集成PWM芯片和PFC控制电路的所有功能。

最后要介绍的是二次侧。[］在二次侧部分，主变压器的输出将会被整流和过滤，然后输出PC所需要的电压。-5V和–12V的整流是只需要有普通的二极管就能完成，因为他们不需要高功率和大电流。不过+3.3V,+5V以及+12V等正压的整流任务需要由大功率肖特基整流桥才行。这种肖特基有三个针脚，外形和功率二极管比较相似，但是它们的内部集成了两个大功率二极管。二次侧整流工作能否完成是由电源电路结构决定，一般有可能会有两种整流电路结构，如图27所示：

模式A更多的会被用于低端入门级电源中，这种模式需要从变压器引出三个针脚。［］模式B则多用于高端电源中，这种模式一般只需要配备两个变压器，但是铁素体电感必须够大才行，所以这种模式成本较高，这也是为什么低端电源不采用这种模式的主要原因。

此外，对于高端电源而言，为了提升最大电流输出能力，这些电源往往会采用两颗二极管串联的方式将整流电路的最大电流输出提升一倍。

无论是高端还是低端电源，其+12V和+5V的输出都配备了完整的整流电路和滤波电路，所以所有的电源至少都需要2组图27所示的整流电路。

☆在+5V输出部分增加一个3.3V的电压稳压器，很多低端电源都是采用的这种设计方案；

☆为3.3V输出增加一个像图27所示的完整的整流电路和滤波电路，但是需要和5V整流电路共享一个变压器。这是高端电源比较普通的一种设计方案。

☆采用一个完整的独立的3.3V整流电路和滤波电路。这种方案非常罕见，仅在少数发烧级顶级电源中才可能出现，比如说安耐美的银河1000W。

由于3.3V输出通常是完全公用5V整流电路（常见于低端电源）或者部分共用（常见于高端电源中），所以说

3.3V输出往往会受到5V输出的限制。这就是为什么很多电源要在铭牌中著名“3.3V和5V联合输出”。

下图28是一台低端电源的二次侧。这里我们可以看到负责产生PG信号的整合电路。通常情况下，低端电源都会采用LM339整合电路。

此外，我们还可以看到一些电解电容（这些电容的个头和倍压器或者主动式PFC电路的电容相比要小的多）和电感，这些元件主要是负责滤波功能。(

为了更清晰的观察这款电源，我们将电源上的飞线以及滤波线所示。在这里我们能看到一些小的二极管，主要用于-12Vand–5V的整流，通过的电流非常小（这款电源只要0.5A）。其他的电压输出的电流至少要1A，这需要功率二极管负责整流。

☆稳压器IC芯片——尽管它有三个针脚而且看起来和三极管非常相似，但是它却是可IC芯片。[］这款电源采用的是7805稳压器（5V稳压器），负责+5VSB的稳压。之前我们已经提到过，+5VSB采用的是独立的输出电路，因为它即便是在PC处于断电状态时依然需要向+5VSB提供+5V输出。这就是为什么+5VSB输出也通常会被称之为“待机输出”。7805IC最大可以提供1A的电流输出。

☆功率MOSFET晶体管，主要负责3.3V输出。这款电源的MOSFET型号为PHP45N03LT，最大可允许45A的电流通过。上一页我们已经提到，只有低端电源才会采用和5V共享的3.3V稳压器。

☆功率肖特基整流器，由两个二极管整合而成。这款电源的肖特基型号为STPR1620CT，它的每颗二极管最大可允许8A的电流通过（总共为16A）。这种功率肖特基整流器通常被用于12V输出。

☆另一颗功率肖特基整流器。这款电源采用的型号是E83-004，最大可允许60A电流通过。这种功率整流器常被用于+5V和+3.3V输出。因为+5V和+3.3V输出采用的是同一个整流器，所以它们的总和不能超过整流器的电流限制。这就是我们常说的联合输出的概念。换句线V输出。和其他各路输出不同，变压器没有3.3V输出。这种设计常用于低端电源。高端电源一般都会采用独立的+3.3V和+5V输出。

两颗并联的负责12V输出的功率肖特基整流器。［低端电源往往只有一颗这样的整流器。这种设计自然让整流器的最大电流输出翻了一倍。这款电源采用的是两颗STPS6045CW肖特基整流器，每颗最大可运行60A电流通过。

☆一颗负责5V输出的肖特基整流器。这款电源采用的是STPS60L30CW整流器，最大可允许60A电流通过。

☆一颗负责3.3V输出的肖特基整流器，这是高端电源和低端电源的主要区别（低端电源往往没有单独的3.3V输出）。［］这款电源采用的是STPS30L30CT肖特基，最大可允许30A电流通过。

主要指出的是，以上我们所说的最大电流输出是仅仅是相对于单个元器件而言的。一款电源的最大电流输出实际上要取决于与之相连的很多元器件的品质，比如说线圈电感、变压器、线材的粗细以及PCB电路板的宽窄等等。我们可以通过整流器的最大电流和输出的电压相乘得出电源理论上的最大功率。比如说，图30中的电源的12V输出最大功率应该为16A*12V=192W。

每个建筑都离不开开关电源，没有了开关电源，那么这个建筑在夜晚就失去了光明。（］开关电源除了运用在电路中，还涉及自动化控制、军工设备、科研设备、通讯照明、电力工程、数码产品等等很多方面。所以，掌握开关电源工作原理很有必要。

开关电源工作原理一般有三种模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式。第一种的模式适用于DC/DC电压的变换，而后面的两种多用于开关的稳压电源。在开关电源的输出上也分为：直接输出电压，平均值输出电压，幅值输出电压这三种方式。

开关电源工作原理中，根据开关器件在电路中的连接方式，比较广泛使用的开关电源大致上可分为：串联式开关电源、并联式开关电源、变压器式开关电源三个大类。

串联式开关电源属于降压型开关电源。串联式开关电源的缺点是输入与输出共用一个地，因此，容易产生EMI干扰和底板带电，当输入电压为市电整流输出电压的时候，容易引起触电，对人身不安全。

正激式变压器开关电源输出电源的瞬态控制特性和输出电压负载特性，相对来说是比较好的，因此，在工作中比较稳定，输出电压不容易产生抖动，在一些对输出电压要求很高的场所经常会使用到。

并联稳压器，优点是电路简单，有自动保护作用，成本低。缺点是电路简单，电流较小，波动大。所以常见的稳压器大都是串联稳压器。

开关电源工作原理其实比较容易理解，就是在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式中。与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态。

小编总结：开关电源工作原理在日常生活中是很容易遇到的，虽然开关电源工作原理的具体内容很复杂，但是，一些相对简单的基本知识朋友们应该有所了解，在私人装修或者是建筑的开关电源安装上才会明明白白。

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创维32L05HR液晶彩电副开关电源采用STR-A6259H芯片，见附图，其工作原理如下。[］

接通电视机主电源开关后，市电经抗干扰电路滤波、全波整流电路整流、二极管D33续流、C11滤波后得到约+300V直流电压，该电压经开关变压器T2初级④、⑤)脚绕组加至电源厚膜块IC5 (STR-A6259H)的⑦、⑧脚（内部场效应开关管漏极、电源启动电路输入端）．由⑧脚内部开关控制电路将电压送至软启动电路，于是振荡器起振，开关变压器次级有感应电压产生。其中①、②脚绕组的感应电压经二极管D13整流、C46滤波届得到约24V电压。此电压被分为两路：～路经R59送至IC5⑤脚（供电端）为IC5内部相关电路供电（振荡器通过内部的切换电路也由此端供电，该端电压在15V—26V之间变化，IC5均能正常工作）．另～路又分为两个支路：一路由R58加至Q8 c极，经由Q8、ZD2等元件构成的稳压器稳压后，由Q8 e极输出15V电压，为主开关电源集成电路IC1(NCP1653A)、IC301(FSQ0565R)提供工作电源。另一路由R6加至Q7c极，经由Q7、ZD1等元件构成的稳压器稳压后，由D27负极输出13V电压，为主开关电源另一集成电路IC3(STR-H7224)提供工作电源。开关变压器次级⑦、⑨脚绕组的感应电压经D4整流、C54滤波后得到+5V电压，为微处理器、数字信号处理等小信号芯片提供电源。

当某种原因导致+5V电压降低时，流过光耦器PC4A（PC4中的发光二极管部分）的电流减弱一发光亮度下降一光耦器PC4B（PC4中的光敏三极管部分）内阻增大→lC5④脚（反馈电压输入，过载保护）电压上升一内部脉宽控制电路使开关管激励脉冲占空比增加一开关管导通时间延长一输出电压上升至正常值反之亦然。

在IC5⑤脚内部有一电压比较器，基准电压为26V，当某种原因（比如，电网电压因错相或稳压环路出现故障）而导致输出电压升高许多时，开关变压器①、②脚绕组的感应电压也会成比例相应升高。即经D13整流、C46滤波后加至IC5⑤脚的电压升高。当超过26V时，内部电压比较器有输出，使过压保护电路动作，切断送往开关管G极的激励脉冲，电源停振，进入过压保护状态。

当某种原因（比如市电电压严重降低成输出短路或C46严重漏电）而致使加至IC5⑤脚的电压低于15V时，内部电压比较器有输出，使振荡器停振，进入欠压保护状态。

当某种原因（比如滤波电容C54或C59严重漏电或+5v负载有短路故障）使电源输出过流时，流过开关管源极（即流经电阻R7）的电流必增大。当IC5①脚电压升至0.2V时，①脚内部的电压比较器有输出，使过流保护电路启动，切断送往开关管G极的激励脉冲，使电源进入过流保护状态。必须指出，不管是过压还是过流保护，一旦保护电路动作，必须断电使IC5内部的闩锁电路复位后再开机．IC5才能重新启动工作。

当电源+5v输出过载时．+5v电压值会降低许多一流过光耦器PC4A中电流减弱一发光二极管亮度下降一光耦器PC4B中光敏三极管内阻增大—IC5④脚电压上升一当升至1.5V时内部过载保护电路动作一开关管截止一电源无输出。

顺便指出，该过载保护还兼主开关电源的12V、24V输出过压保护。其工作原理是：当12V输出过压超过15V时，稳压管ZD9齐纳击穿，经R64使Qlo饱和导通一Q9饱和导通一流过R73电流大增一+5v电压值会降低许多一流过光耦器PC4A中电流大大减弱- IC5④脚电压会上升至1.5V以上一内部过载保护电路动作一副开关电源无输出。与此同时，由于+5v电压值降低许多，还导致流过光耦器PC7A中电流大大减弱-发光二极管亮度下降-光耦器PC7B中光敏三极管内阻增大一Q8 b极失去偏置电压一Q8e极无15V电压输出一主开关电源工作芯片IC1、IC301因失去工作电源停止工作一主开关电源也无输出。同样，当24V输出过压超过27V时，稳压管ZD5齐纳击穿，同样经R64使Q10、Q9饱和导通，然后重复上述过程。值得一提的是，光耦器PC7还同时承担待机任务。其过程是：当微处理器开/待机端输出待机低电平时，其低电平经电阻R81送至控制管Q5基极一Q5截止→流过光耦器初级PC7A中电流大大减弱一发光二极管亮度下降一光耦器次级PC7B中光敏三极管内阻增大→Q8 b极失去偏置电压→Q8 e极无15V电压输出一主开关电源工作芯片IC1、IC301因失去工作电源停止工作一主开关电源无输出一彩电处于待机状态。开机时，微处理器开／待机端输出高电平，过程与上述相反。不难看出，无论是开机还是待机状态，其STR-A6259H工作状态是不变的。

IC5内部芯片底板温度最高设定为140qC．当IC5工作时芯片底板温度超过140℃时，其芯片内部过热保护电路将启动，切断送往开关管G极的激励脉冲，使电源停撮，进入过热保护状态。

附表是STR -A6259H各引脚功能及在创维32L05HR液晶彩电上的实测数据，供参考。

个人PC所采用的电源都是基于一种名为“开关模式”的技术，所以我们经常会将个人PC电源称之为——开关电源（SwitchingModePowerSupplies，简称SMPS），它还有一个绰号——DC-DC转化器。本次文章我们将会为您解读开关电源的工作模式和原理、开关电源内部的元器件的介绍以及这些元器件的功能。

目前主要包括两种电源类型：线性电源（linear）和开关电源（switching）。线性电源的工作原理是首先将127V或者220V市电通过变压器转为低压电，比如说12V，而且经过转换后的低压依然是AC交流电；然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并将低压AC交流电转化为脉动电压（配图1和2中的“3”）；下一步需要对脉动电压进行滤波，通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电（配图1和2中的“4”）；此时得到的低压直流电依然不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后，我们就可以得到纯净的低压DC直流电输出了（配图1和2中的“5”）

尽管说线性电源非常适合为低功耗设备供电，比如说无绳电话、PlayStation/Wii/Xbox等游戏主机等等，但是对于高功耗设备而言，线性电源将会力不从心。

对于线性电源而言，其内部电容以及变压器的大小和AC市电的频率成反比：也即说如果输入市电的频率越低时，线性电源就需要越大的电容和变压器，反之亦然。由于当前一直采用的是60Hz（有些国家是50Hz）频率的AC市电，这是一个相对较低的频率，所以其变压器以及电容的个头往往都相对比较大。此外，AC市电的浪涌越大，线性电源的变压器的个头就越大。

AC输入电压可以在进入变压开关电源可以通过高频开关模式很好的解决这一问题。对于高频开关电源而言，

器之前升压（升压前一般是50-60KHz）。随着输入电压的升高，变压器以及电容等元器件的个头就不用像线性电源那么的大。这种高频开关电源正是我们的个人PC以及像VCR录像机这样的设备所需要的。需要说明的是，我们经常所说的“开关电源”其实是“高频开关电源”的缩写形式，和电源本身的关闭和开启式没有任何关系的。

事实上，终端用户的PC的电源采用的是一种更为优化的方案：闭回路系统（closedloopsystem）——负责控制开关管的电路，从电源的输出获得反馈信号，然后根据PC的功耗来增加或者降低某一周期内的电压的频率以便能够适应电源的变压器（这个方法称作PWM，PulseWidthModulation，脉冲宽度调制）。所以说，开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整，从而可以让变压器以及其他的元器件带走更少量的能量，而且降低发热量。

反观线性电源，它的设计理念就是功率至上，即便负载电路并不需要很大电流。这样做的后果就是所有元件即便非必要的时候也工作在满负荷下，结果产生高很多的热量。

通过图3和图4的对比我们能够准确的看出两者的不同之处：一个具备主动式PFC电路而另一个不具备，前者没有110/220V转换器，而且也没有电压倍压电路。下文我们的重点将会是主动式PFC电源的讲解。

为了让读者能够越来越好的理解电源的工作原理，以上咱们提供的是非常基本的图解，图中并未包含其他额外的电路，比如说短路保护、待机电路以及PG信号发生器等等。当然了，如果您还想了解一下更加详尽的图解，请看图5。如果看不懂也没关系，因为这张图本来就是为那些专业电源设计人员看的。

你可能会问，图5设计图中为什么没有电压整流电路？事实上，PWM电路已经肩负起了电压整流的工作。输入电压在经过开关管之前将会再次校正，而且进入变压器的电压慢慢的变成了方形波。所以，变压器输出的波形也是方形波，而不是正弦波。由于此时波形已经是方形波，所以电压可以轻而易举的被变压器转换为DC直流电压。也就是说，当电压被变压器重新校正之后，输出电压已经变成了DC直流电压。这就是怎么回事很多时候开关电源经常会被称之为DC-DC转换器。

★在变压器之前的所有电路及模块称为“primary”（一次侧），在变压器之后的所有电路及模块称为“secondary”（二次侧）；

★采用主动式PFC设计的电源不具备110V/220V转换器，同时也没有电压倍压器；

★对于没有PFC电路的电源而言，如果110V/220V被设定为110V时，电流在进入整流桥之前，电源本身将会利用电压倍压器将110V提升至220V左右；

★PC电源上的开关管由一对功率MOSFET管构成，当然也有其他的组合方式，之后我们将会详解；

★变压器所需波形为方形波，所以通过变压器后的电压波形都是方形波，而非正弦波；

PWM★PWM控制电路是根据电源的输出负载情况来控制电源的开关管的闭合的。如果输出电压过高或者过低时，

下一页我们将通过图片来研究电源的每一个模块和电路，通过实物图形象的告诉你在电源中何处能找到它们。第3页：看图说话：电源内部揭秘

但是您应该很容易就能分辨出电源内部哪些元器件属于一次侧，哪些属于二次侧。一般来讲，如果你看到一个（采用主动式PFC电路的电源）或者两个（无PFC电路的电源）很大的滤波电容的话，那一侧就是一次侧。

一般情况下，再电源的两个散热片之间都会安排3个变压器，比如说图7所示，主变压器是最大个的那颗；中等“体型”的那颗往往负责+5VSB输出，而最小的那颗通常用于PWM控制电路，大多数都用在隔离一次侧和二次侧部分（这也是怎么回事在上文图3和图4中的变压器上贴着“隔离器”的标签）。有些电源并不把变压器当“隔离器”来用，而是采用一颗或者多颗光耦（看起来像是IC整合芯片），也即说采用这种设计的具体方案的电源只有两个变压器——主变压器和辅变压器。

电源内部一般都有两个散热片，一个属于一次侧，另一个属于二次侧。如果是一台主动式PFC电源，那么它的在一次侧的散热片上，你能够正常的看到开关管、PFC晶体管以及二极管。这也不是绝对的，因为也有些厂商可能会选择将主动式PFC组件安装到独立的散热片上，此时在一次侧会有两个散热片。

在二次侧的散热片上，你会发现有一些整流器，它们看起来和三极管有点像，但事实上，它们都是有两颗功率二极管组合而成的。

在二次侧的散热片旁边，你还会看到很多电容和电感线圈，共同共同组成了低压滤波模块——找到它们也就找到了二次侧。

区分一次侧和二次侧更简单的方法就是跟着电源的线走。通常来说，与输出线相连的往往是二次侧，而与输入线相连的是一次侧（从市电接入的输入线所示。

以上我们从宏观的角度大致介绍了一下一台电源内部的各个模块。下面我们细化一下，将话题转移到电源各个模块的元器件上来……

EMI电路电路的主要部件是MOV(lOxideVaristor，金属氧化物压敏电阻)，或者压敏电阻（图8中RV1所示），负责抑制市电瞬变中的尖峰。MOV元件同样被用在浪涌抑制器上（surgesuppressors）。尽管如此，许多低端电源为了节约成本往往会砍掉重要的MOV元件。对于配备MOV元件电源而言，有无浪涌抑制器已经不重要了，因为电源已经有了抑制浪涌的功能。

瞬变滤波电路不但可以起到给市电滤波的作用，还能够阻止开关管产生的噪声干扰到同在一根市电上的其他电子设备。

再看图10实物所示，这是一款具备瞬变滤波电路的低端电源，但是正如我们正真看到的那样，这款电源的瞬变滤波电路省去了重要的MOV压敏电阻，而且只有一个铁素体线圈；不过这款电源配备了一个额外的X电容。

瞬变滤波电路分为一级EMI和二级EMI，很多电源的一级 EMI往往会被安置在一个独立的PCB板上，靠近市电接口部分，二级EMI则被安置在电源的主PCB板上，如下图11和12所示。

由于ATX开关电源品牌繁多，电路各有千秋，但基本原理还是一致的，大同小异。只要弄明白其中的一种，就可触类旁通，举一反三，使问题迎刃而解。

ATX开关电源整机电路，由220V交流输入回路、整流滤波电路、PWM脉宽调制控制电路、推挽驱动电路、半桥开关变换电路、辅助开关电源、PS-ON和PW-OK产生电路、+3.3V电压稳压控制电路、多路直流输出电路和稳压保护电路组成。如图所示。

220V交流输入电路最重要的包含保护电路和抗干扰电路。保护电路由F1、NTCR1、Z1、Z2组成，主要起到过流、过压保护和限流作用；抗干扰电路由C1、C4、R1、扼流圈T1、差模扼流圈T5组成，主要对由电网进入的干扰信号和由开关电源返出的干扰信号进行抑制。共模高压瓷片滤波电容C2、C3通过中点接地，消除静电干扰。

整流滤波电路由整流二极管D21~D24、高压滤波电容C5、C6组成。220V交流电经整流滤波后，为辅助开关电源和半桥开关变换电路，提供波纹较小的300V左右的直流电压。R2、R3为均压电阻。T为PFC功率因数校正线圈，用于提高电能利用率。

辅助开关电源为变压器耦合、并联型开关电路。只要一上电，它就开始工作。分析如下：

从整流滤波电路引来的300V左右直流电压，一路经R55、R56至开关管Q12基极，另一路经T6开关变压器初级绕组加到Q12集电极，使Q12导通。

开关管Q12导通后，其集电极电流在T6初级绕组上产生上正下负的感应电动势，正反馈绕组也相应产生上正下负的感应电动势。于是，T6反馈绕组的感应电动势通过反馈支路C3、R56加到Q12的基极，使其迅速饱和导通。

在开关管Q12饱和导通期间，T6次级绕组所接的整流滤波电路因感应电动势反相而截止，电能以磁能的方式存储在绕组内。同时，T6正反馈绕组的感应电压，通过R56、Q12的be结对电容C31（图中错标为C3）充电。随着C3充电过程的不断进行，其两端电位差升高，流经Q12基极电流不断减小，使Q12退出饱和状态，其内阻不断加大，导致集电极电流进一步下降，从而使T6各绕组的感应电动势反相（上负下正），正反馈绕组负的脉冲电压与定时电容C31所充电压叠加，经R56加至Q12基极，使其迅速截止。同时，正反馈绕组通过D28给C19充电，C19负端得负电位，通过ZD2使Q12基极被箝位在比C19负电位高约9V的负电位上。C19充电结束后，又通过R57放电，把电能以热能的方式释放出去。

在开关管Q12截止期间，C3的充电电压经T6反馈绕组、Q12的be结、R56形成放电回路，以便为下一个正反馈电压脉冲提供通道，保证开关管Q12能够再次进入饱和导通状态。随着C19放电电流的不断减小，Q12基极电位不断上升，当上升到Q12的be结开启电压时，Q12再次导通，进入了自激振荡状态。电路中的D31、C32和R58构成反峰电压吸收电路，以保护开关管的安全。

当Q12由饱和转向截止时，T6次级绕组的感应电动势反相，存储在绕组中的磁能转化为电能，经D28、D30整流输出。其中D30整流输出电压供给脉宽调制控制TL494的12脚电源端和驱动电路，作为IC1的启动电压和驱动电路的工作电压。TL494启动后，14脚输出稳定的+5V基准电压，供给外围电路、过压保护电路、PS-ON和PW-OK电路。D28整流滤波电压经IC3三端稳压，输出+5VSB，并为PS-ON电路提供停机高电平，为PW-OK电路提供比较电压。+5VSB供给ATX主板内的网络通信接、电源监控管理电路、系统时钟等芯片，在正常关机后仍保持工作。

主要由IC1 集成电路TL494及周围元件组成。1脚为误差放大器I的同相端，由电源输出电压+12V、+5V的反馈电阻R25、R26与R20、R21的并联电阻分压后送入1脚，用于自动稳压控制。2脚为误差放大器I的反相端，由14脚输出5V基准电压经R24、R19分压，得到约4V的电压输入2脚，在IC内与1脚电压进行比较。3脚为误差放大器I的输出引出端，外接C10（图中错标为C1）和R18组成的校正网络，防止自激的产生。4脚为死区控制端，改变4脚电压，可改变死区时间。4脚为高电平时，封锁8、11脚的调制脉冲输出，使驱动电路、半桥开关变换电路停振而无输出；4脚为低电平时，允许8、11脚输出脉宽调制信号。由于13脚接5V基准电压，脉宽调制为并联推挽式输出，8、11脚输出相位差180度的脉宽调制信号，频率由5、6脚外接的阻容元件决定。同时，4脚电压从0~5V变化时，死区时间成比例增大，因此，利用此功能，4脚又被设置成开关电源输出电压过压保护端。5脚外接定时电容C11，6脚外接定时电阻R16，其RC值决定TL494输出脉冲的频率。7脚为接地端。8、11脚为两路输出放大管的集电极，其输出脉冲送入驱动电路的Q3、Q4基极。Q3、Q4以推挽方式工作，它们集电极所接T2初级绕组产生的激励振荡电流，使T2次绕组产生感应电动势，推动半桥开关变换器的两只开关管工作。驱动管Q3、Q4发射极所接的D7、D8和C11用于抬高Q3、Q4发射极电平，使Q3、Q4基极在低电平脉冲时就可靠截止。C22使驱动脉冲送入零电位。D5、D6和R13、R14为Q3、Q4的保护二极管和基极电阻。9、10脚为IC内两路放大器的发射极，接地。12脚为电源输入端，范围较宽，允许输入8~40V的电压，因此，由辅助电源D30整流、C21滤波得到的约10V电压无需稳压，直接为12脚提供启动电压。开关电源启动稳定后，12V电压经D、R46、D14、D15向12脚供电。由于D30整流输出电压低于12V，D30截止，启动电压退出电路。13脚为输出控制端，接地时为并联单端输出方式，接14脚5V时为推挽输出方式。14脚为+5V基准电压端，输出电流可达10毫安。15、16脚为误差放大器II的反相端和同相端，由于15脚接5V基准电压，16脚接地，误差放大器II输出低电平，对脉宽控制不产生作用。

PS-ON控制电路主要控制TL494的4脚死区电压，由Q10、Q11（图中错标为Q1）等元件组成。待机时，主板电源管理控制电路的电子开关断开，由辅助电源的IC3输出的+5VSB，一路送往主板，另一路经R23、R31使Q10导通，低电位又通过Q10的ec结、R36，使Q11导通，TL494的14脚5V电压经Q11的ec结，送入TL494的4脚，使4脚呈高电平，封锁8、11脚无调制脉冲输出。当受控启动后，主板上的电源管理控制电路中的电子开关接地，PS-ON端为低电平，Q10、Q11截止，供给TL494的4脚高电平被截断，4脚电压被R17下拉成低电平，允许8、11脚输出相位差180度的脉宽调制脉冲，控制Q3、Q4工作，在T2驱动绕组中产生激励振荡电流，次级的感应电动势推动半桥开关变换电路工作，输出各路电压。R15、C15用于开机瞬间使TL494的4脚出现高电平，封锁8、11脚无调制脉冲输出。随着C15的充电，TL494的4脚由PS-ON信号控制。

PW-OK产生电路由IC2电压比较器LM393及周围元件组成。待机时，由辅助电源IC3的+5VSB经R23输出的高电平，通过R37送入LM393的6脚电压比较器II的反相端，大于5脚同相端的固定电压比，7脚低电位，经R40使3脚电压比较器I的同相端输入低电位，小于2脚反相端的固定电压比，1脚呈低电位，PW-OK向主机送出零电平的电源自控信号而处于待命休闲状态。受控启动后，PS-ON控制端呈低电平，经R37使LM393的6脚电压比较器II的反相端为低电平，小于5脚同相端的固定电压比，7脚高电位，经R40使3脚电压比较器I的同相端为高电位，大于2脚反相端的固定电压比，1脚呈高电位，向主机送出PW-OK高电平的电源自控信号。这样，在开关电源输出稳定后，PW-OK端经几百毫秒的延迟由低电平起跳到高电平，主机检测到PW-OK信号后启动系统。若突然停电或关机时，开关电源的+5V输出电压必然下跌，经R42、R41使LM393电压比较器I的3脚同相端电位下降，当3脚电位小于2脚的固定电压比时，LM393的1脚立即从高电平跳变到低电平，比开关电源+5V提前几百毫秒通知主机，在断电前自动关闭，防止因工作错误及突然停电时，硬盘磁头来不及移至着陆区而划伤盘片。

半桥式开关变换电路的开关管Q1、Q2串接在+300V的整流电压回路中。驱支变压器T2的两组次级绕组按不同的时序输出正脉冲。当T2的上部次级绕组输出正脉冲时，经过D3、R7、C9、R6使Q1导通，C5上的电压经Q1的ce结、T2的互感绕组、T3功率变压器的初级绕组、C7，回到两只高压滤波电容的中点。当T2的上部次级绕组输出的正脉冲下降到阈值时，Q1截止。经过死区时间后，T2的另一次级绕组输出正脉冲，经过D4、R11、C10、R10使Q2导通，C6上的电压经C7、T3功率变压器的初级绕组、T2的互感绕组、Q2的ce结放电，当T2的另一次级绕组输出的正脉冲下降到阈值时，Q2截止。这样，Q1、Q2轮流导通截止，在T3功率变压器的初级绕组上形成了交变的准矩形波，经T3功率变压器的次级各绕组整流滤波后，得到各路直流电压输出。

电路中的D1、D2为快恢复阻尼二极管。C8、R4为尖峰脉冲吸收电路，用于减少Q1、Q2的开关损耗。C7为耦合电容，用于防止T3磁饱和。C9、C10用于正脉冲到来时，使开关管迅速导通。D3、D4用于正脉冲减小到阈值时，开关管迅速截止。R7、R11为开关管截止期间，电容C9、C10放电吸收电阻。R5、R10为和R8、R12为开关管的基极电阻和偏置电阻。

T3次级各绕组输出的准矩形波，经半桥整流和各线圈、电容滤波后，得到波纹较小的+3.3V、±5V、±12V直流电压。由于各路直流电压具有电压低、电流大的特点，通常用低内阻的肖特基二极管作半桥整流，用低内阻的电解电容进行滤波，以避免过大的损耗。在各路直流电压的输出端都接有负载电阻，再加上比较完善保护电路，使ATX开关电源可以脱机工作。

自动稳压电路主要由+12V、+5V反馈电阻R25、R26和TL494的1脚外接电阻R20、R21以及TL494内部的误差放大器I组成。当+12V、+5V因某一些原因升高时，通过反馈电阻R25、R26使TL494的1脚取样电压升高，当此电压超过4V时，TL494内部的误差放大器I输出高电平，通过IC内部比较器控制输出脉宽减小，使输出电压下降，达到稳压的目的。反之亦反。

输出电压保护电路主要由Q5、Q6、Q7及其外围元件组成。当+12V过压时，通过D、R46、D14、D15、R44使Q7和Q5导通，TL494的14脚5V基准电压经Q5的ec结、D11，使TL494的4脚变成高电平，封锁8、11脚的调制脉冲输出，主开关电源停止工作。当+5V、+3.3V出现过压时，D1、D3击穿导通，D27导通，使Q6和Q5导通，TL494的14脚5V基准电压经Q5的ec结、D11，使TL494的4脚变成高电平，封锁8、11脚的调制脉冲输出，主开关电源停止工作。-12V经R29、-5V经D10，再一并经过R28，与+5V经R27汇合，使D9正端被箝位在零电位。只要-12V、-5V电压任一路过压（向正的方向上升），都会破坏D9正端的零电位，使D9导通，引发过压保护电路动作，使主开关电源停止工作。D12、D13的作用，在待机时为PS-ON电路的Q10提供电压。

为确保主板正常运行和安全，需要对+3.3V 电压做进一步的稳压。在+3.3V 电压的输出端，设有以TL431精密电压基准IC为核心的稳压电路。当+3.3V 升高时，TL431的1端（R）电压上升，3端（K）电位下降，经R74使Q13导通，升高后的电压通过R71、Q13的e、c极，使D32导通，破坏了+3.3V半桥整流的工作，而使整流输出电压降低，+3.3V电压更加稳定。

从以上分析能够准确的看出，当主机关闭后，ATX开关电源一直处于休眠待命状态。所以，为防止电网电压波动而造成的危害，建议各位在不用主机时最好拔下电源插头。