认识计算机电源

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认识计算机电源
以往在采买计算机配件时，电源供应器是最容易被忽视的组件之一，不过其各路电压输出规格、电压稳定性、发生异常时的保护性却有相当重要的地位，因为主机内所有计算机配件的所需电力均需由电源供应器供应，同时随着各装置于不同状态下的耗电量去调节输出负载，又要兼顾长时间操作及全载输出的稳定性，而电源供应器发生故障时或是负载产生异常，保护系统须立即介入，以避免过电压/电流造成装置损坏；对于全球能源吃紧，新款电源供应器除了上述特性外，也开始讲求提高转换效率，例如80PLUS就是代表电源供应器通过高效率认证的标章之一。
　　既然电源供应器所扮演的角色如此重要，以下的文章就要掀起电源供应器的神秘面纱，了解内部的组件种类及功能。
　　常见的计算机用电源供应器的功能是将输入的交流市电(AC110V/220V)，经过隔离型交换式降压电路转换出各装置所需的各种低压直流电：3.3V、5V、12V、-12V及提供计算机关闭时待命用的5V Standby(5VSB)。所以电源供应器内部同时具备了耐高压、大功率的组件以及处理低电压及控制信号的小功率组件。
　　电源转换流程为交流输入→EMI滤波电路→整流电路→功率因子修正电路(主动或是被动PFC)→功率级一次侧(高压侧)开关电路转换成脉流→主要变压器→功率级二次侧(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。
　　方块图如下图所示：

以下从交流输入端EMI滤波电路常见的组件开始介绍。
交流电输入插座：

此为交流电从外部输入电源供应器的第一道关卡，为了阻隔来自电力在线干扰，以及避免电源供应器运作所产生的交换噪声经电力线往外散布干扰其他用电装置，都会于交流输入端安装一至二阶的EMI(电磁干扰)Filter(滤波器)，其功能就是一个低通滤波器，将交流电中所含高频的噪声旁路或是导向接地线，只让60Hz左右的波型通过。
　　上面照片中，中央为一体式EMI滤波器电源插座，滤波电路整个包于铁壳中，能更有效避免噪声外泄；右方的则是以小片电路板制作EMI滤波电路，通常使用于无足够深度安装一体式EMI滤波器的电源供应器，少了铁皮外壳多少会有噪声泄漏情形；而左边的插座上只加上Cx与Cy电容(稍后会介绍)，使用这类设计的电源，其EMI滤波电路通常需要做在主电路板上，若是主电路板上的EMI电路区空空如也，就代表该区组件被省略掉了。
　　目前使用12公分风扇的电源供应器内部空间都不太能塞下一体式EMI滤波器，所以大多采用照片左右两边的做法。
X电容(Cx，又称为跨接线路滤波电容):

这是EMI滤波电路组成中，用来跨接火线(L)与中性线(N)间的电容，用途是消除来自电力线的低通常态噪声。
　　外观如照片所示为方型，上方会打上X或X2字样。
Y电容(Cy，又称为线路旁通电容器)：b4

Y电容为跨接于浮接地(FG)和火线(L)/中性线(N)之间，用来消除高通常态及共态噪声。
　　而计算机用电源供应器中的FG点与金属外壳、地线(E)及输出端0V/GND共接，所以未连接接地线时，会经由两颗串联的Cy电容分压出输入电源一半的电位差(Vin/2)，人体碰触到后就有可能产生感电现象。
　　Y电容的外观如照片，呈圆饼状。
共态扼流圈(交连电感)：

共模态扼流圈在滤波电路中为串联在火线(L)与中性线(N)上，用来消除电力在线低通共态以及射频噪声。有些电源的输入端线路，会有缠绕在磁芯上的设计，也可以当作是简单的共态扼流圈。
　　其外观有环形与类似变压器的方形，部分可以见到外露的线圈。
　　PS:所谓共态噪声，代表是L/N线对于地线E间的噪声，而常态噪声，则是L与N线之间的噪声，EMI滤波器功能主要是消除及阻挡这两类噪声。
　　在EMI滤波电路之后的是瞬时保护电路及整流电路，常见的组件如下。

保险丝：

负温度系数电阻(NTC)：
因为电源供应器接通电源瞬间，其内的高压端电解电容属于无电状态，充电瞬间将产生过大电流突波以及线路压降，可能使桥式整流器等组件超出其额定电流而烧坏。NTC使用时串联于L或N线路上，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。
　　但其缺点是电源处于热机状态下启动时，其保护效果会打上折扣，且即使阻抗可随温度降低，仍会消耗些许功率，所以目前高效率电源大多采用更进阶的瞬时保护电路。
　　其外观大多为黑色及墨绿色的圆饼状元件。

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很好，怎么就这么多？