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重温电源PCB结构的主要进化路线

发布时间:2020-12-09 发布时间:
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  1946年第一台通用计算机在美国诞生,它的占地面积高达170平方米,而如今我们的主机甚至可以做到像一个U盘这么小。作为主机的一部分,PC电源也在不停的进化。今天,我就来简要说说关于PC电源内部电路设计的主要进化路线。




  重温电源PCB结构



  在聊PCB演化历程之前,首先我们来温习一下电源的PCB结构。

  ▍ EMI滤波



  EMI滤波系统在电源中的作用是过滤掉市电中的杂质,使输入电流更加纯净不会干扰硬件工作。一般来说,一个价格正常的电源都会有一、二级EMI滤波。有些电源会把一级EMI滤波做在输入电源线脚上,而上图的电源则将其做在PCB板上。

  ▍ 整流桥



  电流经过滤波后进入PFC,首先通过整流桥,整流桥将交流电转换成直流电。一般来说,整流桥在工作时都会有不少发热量,设计优秀的电源会将整流桥锁在散热片上,像爱国者电竞500把两块整流桥直接设计在PCB板上是不合理的。

  ▍ PFC



  从整流桥出来的电流进入PFC,PFC是Power Factor Correction的简称,翻译过来就是功率因素校正。交流电成波浪状,采用PFC的电源可利用不仅是波峰和谷峰附近的电能,提高利用率。

  ▍ 主电容



  主电容(PFC电容)在电源中的作用:一是滤波,二是贮存电量保证突然断电时有一定的电量支持电脑硬件作出反应。

  ▍ 变压系统



  接下来是变压系统,一般分为大小变压器,将市电降压到适合主机使用。图中较大的便是主变压器。

  ▍ 整流、稳压、滤波



  整流管锁在金属片上

  变压器出来的电流会由经过一次整流变成直流电,然后进行稳压滤波后才能输出到电脑的各个硬件上。

  电源PCB各结构的演化

  复习完电源PCB的大致结构,接下来就是今天的主题。这次我主要说说电源PCB上的 PFC 、 变压系统 、 整流 、 稳压系统 的演变。

  ▍ PFC的变化

  在很久很久以前, PC电源并没有PFC结构 ,市电输入后经过二极管整流电容滤波, 只能利用到波浪状交流电的波谷和峰谷附近的能量 ,在一个周期的其他时间都不会有电流输入, 利用率相当低 。而电源没用到的电能并不会计入电费中,因此我们并不会造成任何浪费。相反则是国家供电网会浪费电能。我国PC的 3C认证是电源必须有PFC结构 。



  电容左侧的被动式PFC

  PFC分为主动式PFC和被动式PFC。被动式PFC就是一个体积较大的电感线圈,它的 功率校正因素最高也只能去到0.8 ,而且输入电压范围不能太宽。不过这种结构胜在 成本低 ,在很多低端电源上能见到它的踪迹。



  电感线圈左右有控制IC和电容

  为了提高利用率、扩大输入电压范围,很多电源都舍弃被动式PFC改为采用主动式PFC。主动式PFC由电感线圈,滤波电容、开关管以及控制IC等元器件组成。它的功率校正因素可以轻松达到 99% 以上,输入电压范围也可达到90-240V,但成本也相应提高不少。从被动式PFC进化成主动式PFC,电源的减少浪费电能,确实是好事。


  淘宝知名品牌“爵柏”的水泥PFC

  然而有些黑心商家出售的电源居然用“水泥PFC”,这种假PFC里面只有一块水泥。这种电源使用起来是相当危险的,大家在购买电源时注意要优先选择采用主动式PFC的电源,如果想购买低功率电源可以适当买被动式PFC的电源。




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