ATX电源的工作原理及优劣判断

ATX电源的工作原理及优劣判断

        ATX是计算机的工作电源，作用是把交流220V的电源转换为计算机内部使用的直流5V，12V，24V的电源。这里笔者给大家讲讲ATX电源的工作原理和优劣的判断方法。

        ATX电源的重要性及其工作原理：

        ATX电源在电脑中所起的基本作用是将220V交流电转化为电脑所需的直流电，但从原理或设计来讲它则包含四个方面：

        a.将220V交流电与输出的直流电隔离，同时将220V交流电转化为供电脑主板和其他设备使用的低压直流电。

        b.防止雷击、尖峰脉冲等外界干扰通过电网影响电脑工作。

        c.开关电源内部的元器件在工作时会处于频繁的开/关状态，这样就会不可避免地产生一些干扰信号，而ATX电源本身应该具备滤除这些干扰信号的功能，以避免对电网中的其他电器设备产生干扰。

        d.通过电源风扇抽风，降低机箱内部温度，以达到辅助主板、CPU、显卡、硬盘等配件散热的目的。

        由以上几点足见ATX电源的重要性，所以我们将从ATX电源的原理部分开始，针对其内部的重要组成部分进行分析。

        以市场上常见ATX电源所采用的半桥电路为例，其工作流程为：电源外接的AC电压经过EMI滤波电路滤除各种干扰信号后，通过整流滤波将AC电压变为平滑的直流电，经过开关晶体管的导通与截止，并结合变压器的隔离及电压变换作用，最后通过低压端的整流滤波电路输出。

        开关电源的稳压保护过程则是经反馈电路从输出端取样，再将信号送到PWM(Pulse-Width Modulation，脉宽调制)电路调节开关晶体管的导通与截止时间，从而输出稳定的电压。各种保护功能是通过对输出端的电流、电压的监控然后将信号反馈到PWM控制电路从而实现各种保护功能。

  ATX电源半桥电路工作流程示意图

 

ATX电源优劣判断

    从内部来看，ATX电源由几部分组合而成（图2），这几部分的有无或优劣，将直接影响最终用户正常使用电脑。

图2 组成ATX电源的重要部分

1.EMI滤波部分

        ATX电源的EMI滤波部分主要是为了滤除外界的突发脉冲和高频干扰，同时将其自身产生的电磁辐射削减到最低。ATX电源的EMI部分主要由滤除共模干扰的电容（图4中方框框选部分）、滤除差模干扰的电容（图3中圆框框选部分）、扼流线圈等组成。较好的电源其EMI部分通常采用两部分，一部分在公座上加了一块CE小板，另一部分则做在PCB板上。ATX电源的EMI是3C认证中的一个重要检测项目，优质电源会采用完整的二级滤波电路。劣质电源最有可能在这部分偷工减速料，最常见的做法是省掉一级滤波电路或干脆不采用EMI滤波部分，或着滤除差模干扰的电容采用非安规材料。

图3 优质电源输入座上的一级EMI滤波电路。

图4 优质电源PCB大板上的EMI二级滤波电路。

 

www.dianzi6.com

2.整流部分和高压滤波部分

        电源通过EMI滤波以后由桥式整流管将其变为较平滑的直流电，然后经过高压电容对其进行高压滤波。电源桥式整流部分常用的方案有两种：一种是由四个分立的二极管组成，另一种是把四个分立的二极管集成在一起。后一种方案的优点是便于散热，一般超过300W的电源都采用集成式，其耐压值至少为600V，ATX电源的高压滤波一般采用两个耐压值为200V的电容。

        电容的容量直接影响着电源的低压特性，这在我国显得尤其重要，因为国内大部分地区的电网并非想像中那么稳定。一般在用电比较密集的环境，电网电压会由标准的220V降到180V～190V，如电源的低压特性不够好，会引发多种问题，如电脑在用电高峰期会频繁死机重启等。一般在设计较好的300W电源上，其平滑滤波电容(业内俗称大电容)的容量应达到680μF或更高。劣质ATX电源的大电容容量大部分不足，最明显的是大电容的体积偏小。

图5 优质350W电源会采用1000μF的电容

3.PFC电路

        PFC(power factor correction)电路即功率因数校正电路， PFC补偿电路分为两种，一种是被动式PFC(打开ATX电源机壳会发现上盖或下盖有一貌似变压器的元件)，其作用是可以降低电源对电网谐波干扰和电网对电源干扰，成本较低，可靠性比较高。在网吧与公司这样电脑集中使用的场合中，被动式PFC的效果非常明显；另一种是主动式PFC电路，其AC部分有一个大环形电感，大部分电源还有一块PFC控制小卡。

        主动式PFC功率因数高，AC输入电压可以设计成100～264Vac，不过相对于被动式PFC而言，其成本较高，可靠性反而不如被动式PFC设计。在国内销售的电源大部分采用的为被动式PFC，其最明显的特征是含有一个PFC电感。市面上的部分劣质电源在此部分则会采用假PFC电感或根本不做PFC设计。

图6 PFC电感的外形与变压器很相似，需要仔细分辨。

 

4.开关晶体管

        开关晶体管是开关电源中极为重要的部分，它是通过自激式或它激式使开关管工作在“开/关”状态。其耐压程度不小于800V(半桥式其耐压为400V)，电流应不小于6A，因开关晶体管工作的频率和反向电压均较高，为易损部件，而又是开关电源的核心，所以其质量的好坏是与电源的质量成正比的。开关管做假的可能性比较小，因为此种开关晶体管没有一定能力是无法生产的，劣质电源最常用的是用旧管，或采用一些杂牌的晶体管。

图7 电源中的开关晶体管

5.变压器

        在ATX电源中，变压器的作用是对电源高压端和低压端进行隔离，以及电压的变换(即将高压转化为低压)，其电压变换的比例是根据变压器两边匝数的比例来决定的。变压器的体积越大，其传送的能量就越多。劣质电源的变压器体积偏小，会导致电源输出功率不足，无法满足设备的需要。

图8 优质电源与劣质电源的变压器体积大小对比

 

6.PWM控制电路

    开关电源的控制保护部分，是通过反馈电路从输出端取样，再将信号送到PWM电路，调节开关晶体管的导通与截止时间，从而使输出电压稳定。各种保护功能是通过对输出端的电流、电压的监控，然后将信号反馈到PWM控制电路从而实现各种保护功能。PWM控制电路在电源的内部构造中为很重要的一部分，此部分做假的可能性较小，而且电路大部分的用料都不算很贵，无做假的必要。但是极少部分劣质电源还是会省掉部分保护电路。最简单的判别方法就是看此部分的PCB板上是否存在未插件的空位。

  图9 如果图中框选部分存在未插元件的空位，则说明该产品在PWM控制电路上偷工减料。

www.dianzi6.com

7.其他部分

●散热风扇

　　ATX电源使用的风扇根据尺寸分有8025(即风扇直径×厚度，80mm×25mm)，12025(120mm×25mm)，8015(80mm×15mm，多数用于Micro机型)。按转速分有：低转速(1500rpm左右)，中转速(2500rpm左右)，高转速(3000rpm或更高)。一般扇叶直径越大其转速越低，因为扇叶越大其排风量就越大，在相同的情况下转速就可以降得更低，从而减小运行噪声。这也是大风扇电源被称为静音电源的主要原因。

●外壳

　　ATX电源用外壳多数材质为镀锌钢板(SECC)，也有少数用铝做外壳。有一些高档的产品，将外壳进行镀金或镀镍处理，不仅美观，还能起到防锈的作用。

●电源的散热片

　　一个设计正常的电源，影响其寿命长短的最大因素就是电源内部温度的高低。散热片是根据有些金属(如铜、铝等)传热较快的原理，由电源中发热量较大的元器件(电源的开关晶体和输出整流管)将热量传至散热片上，再由风扇散热。我们常用电源采用的散热片其材质一般为铝质的。现实中只要成本可接受，散热片的体积越大越好。

劣质ATX电源的危害

    使用劣质电源对用户而言危害无穷，具体的危害归纳起来有以下7点：

    1.电源散热结构不好：使电脑工作不稳定，造成长时间使用后系统频繁死机，更严重的情况则会烧坏CPU。

    2.功率不够：电源使用寿命低，内部元件过热，容易造成运行大型图形软件或游戏时死机，而且无法带多个外设。

    3.电源无PFC电路：可能会造成电脑突发性死机，重新启动。

    4.电脑抗干扰性不好：即无EMI也未通过3C认证，容易因雷击而导致主板和其他硬件损坏；多台电脑在一块使用时相互干扰，出现不定时死机重启的故障。

    5.制作工艺粗糙：电源使用寿命不长，电源工作不稳定，PCB焊点一个以上自动锡裂，在经过运输震动之后无电流输出。

    6.主要元件选用过次：风扇噪声大，停止转动后造成电源的元器件因过热而发生炸裂，即业内常说的“炸机”。在低温地区或高温地区电源无法正常工作，电源负载能力变差。并且在AC输入偏低或偏高的地区无法使用，易受电子设备在电网中开关机影响。

    7.无安全保证：电源漏电或功率大时易发热起火。

总结

    如何判断ATX电源的优劣？其实不外乎三个方面：设计、用料、做工。从用料来讲，优质DC/AC线均有束线带绑扎；AC大电容使用考究，容量充足，一般200W的产品使用330μF以上电容，250W使用470μF以上，300W使用680μF以上；200W以上的ATX电源应使用ERL-35变压器。功率器件的散热片应使用纯铝，且厚度足够，一般200W电源的散热片厚度为2～2.5mm，250W电源的为2.5～4mm。从制作工艺来讲，电源内部各元器件应排列整齐，大体积元件应使用胶水加强固定，元件焊点饱满，线材排列整齐，元件倾斜度较小(大元件小于10度，小元件小于5度)，焊接在PCB上的元件引脚长为0.8～2.5mm之间，高发热元件应套上热缩套管。

　　目前市场对ATX电源的需求正逐步向大功率、多保护(过流、过热、过压、过功率)、高可靠、小体积方向发展。从设计和制造的角度来看，也只有达到以上要求的ATX电源，才算得上可满足最终用户需求的优质产品。

如果觉得 ATX电源的工作原理及优劣判断这篇文章不错，可以推荐给朋友分享哦。