“開關(guān)模式” PC 機(jī)電源設(shè)計(jì)：原理與優(yōu)勢解析
出處：網(wǎng)絡(luò)整理 發(fā)布于：2025-05-16 15:21:32
線性電源基礎(chǔ)知識
目前電源主要有兩種類型：線性電源 (LINEAR) 和開關(guān)電源 (SWITCHING)。線性電源的工作原理是先將 127V 或 220V 的市電通過變壓器轉(zhuǎn)換成低壓電，如 12V 等，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的低壓仍為交流電。接著，通過一系列的二極管進(jìn)行校正和整流，將低壓交流轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)電壓（如圖 1 和圖 2 “3” 所示）。下一步需要對脈動(dòng)電壓進(jìn)行濾波，這一過程通過電容完成，經(jīng)過濾波后的低壓交流變成直流電（如圖 1 和圖 2 “4” 所示）。然而，這時(shí)的低壓直流還是不夠純凈，會(huì)有一定的波動(dòng)（這種電壓波動(dòng)就是我們常說的紋波），所以還需要調(diào)節(jié)電壓二極管或電壓整流電路進(jìn)行校正。，我們得到一個(gè)純低壓直流輸出（如圖 1 和圖 2 中的 “5” 所示）。
圖 1：標(biāo)準(zhǔn)的線性電源設(shè)計(jì)圖
雖然線性電源非常適合為無繩電話、PlayStation/Switch/Xbox 游戲機(jī)等低功率設(shè)備供電，但對于高功率設(shè)備來說，線性電源會(huì)讓人難以承受。對于線性電源來說，內(nèi)部電容和變壓器的大小與交流市電的頻率成反比，即輸入市電的頻率越低，線性電源所需的電容和變壓器越大，反之亦然。由于目前的交流市電是 60Hz（有些國家是 50Hz），頻率相對較低，其變壓器和電容往往相對較大。另外，交流市電的浪涌越大，線性電源的變壓器尺寸也就越大。由此可見，做一個(gè)線性電源，對于 PC 界來說是一個(gè)瘋狂的舉動(dòng)，因?yàn)樗捏w積會(huì)非常大，重量也會(huì)很重。這也是個(gè)人 PC 用戶不適合使用線性電源的原因。
開關(guān)電源基礎(chǔ)知識
高頻開關(guān)電源可以很好地解決這個(gè)問題，采用高頻開關(guān)電源的模式。對于高頻開關(guān)電源來說，在進(jìn)入變壓器之前，交流輸入電壓可以先升壓（一般在升壓前 50 - 60KHz）。隨著輸入電壓的升高，變壓器、電容等元件不需要像線性電源那樣大而化之。這種高頻開關(guān)電源正是我們的個(gè)人電腦和 VCR 等設(shè)備所需要的。需要注意的是，我們通常所說的 “開關(guān)電源” 其實(shí)是 “高頻開關(guān)電源 ” 的簡稱，它與電源本身的開關(guān)和開機(jī)無關(guān)。
實(shí)際上，終端用戶的 PC 電源采用的是一種更優(yōu)化的方案：閉環(huán)系統(tǒng) -- 控制開關(guān)電源的電路，從電源的輸出端獲取反饋信號，然后根據(jù) PC 機(jī)的功耗，在一定的時(shí)間段內(nèi)根據(jù)電源的變壓器，增加或減少電壓的頻率，以適應(yīng)電源的變壓器（這種方法稱為 PWM，脈寬調(diào)制）。因此，開關(guān)電源可以根據(jù)與之相連的耗電設(shè)備的功耗大小進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，從而使變壓器等元件帶走較少的能量，減少發(fā)熱。相比之下，線性電源的設(shè)計(jì)理念是以功率為重，即使負(fù)載電路不需要大量的電流，也是以功率為重。這樣做的后果是，即使在不需要的時(shí)候，所有的元件都會(huì)滿負(fù)荷工作，從而導(dǎo)致發(fā)熱量大大增加。
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