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開關(guān)晶體管

在交換電路中作為無接點(diǎn)快速電子開關(guān)，依控制信號導(dǎo)通及截止，決定電流是否流過，于主動(dòng)功率因子修正電路以及功率級一次側(cè)電路扮演重要角色。

 

照片中上方為電源內(nèi)常見的N MOSFET(N型金氧半導(dǎo)體場效晶體管)，下方則是NPN BJT(NPN型雙接面晶體管)。

 

隨著開關(guān)組件的電路組成方式，可構(gòu)成雙晶順向式、半橋式、全橋式、推挽式等等不同的功率級拓墣，在講求高效率的電源供應(yīng)器內(nèi)，也有使用開關(guān)晶體構(gòu)成同步整流電路以及DC-DC降壓電路的應(yīng)用。

 

變壓器

為何稱為隔離型交換式降壓電源，就是因?yàn)槭褂米儔浩髯鳛楦叩碗妷悍指簦⒗么拍苓M(jìn)行能量交換，不僅可以避免高低壓電路故障時(shí)的漏電危險(xiǎn)，也能簡單產(chǎn)生多種電壓輸出。因其運(yùn)作頻率較高，變壓器體積較一般交流變壓器要來得小。

 

因?yàn)樽儔浩鳛楣β蕚鬟f路徑之一，目前大輸出電源有使用多變壓器的設(shè)計(jì)，避免單一變壓器發(fā)生飽和現(xiàn)象而限制功率的輸出。照片中上方較小的變壓器為輔助電源電路以及信號傳遞用的脈沖變壓器，下方較大者為主要功率變壓器以及環(huán)形的二次側(cè)調(diào)整用變壓器。

 

以變壓器作為隔離分界，二次側(cè)的輸出電壓已經(jīng)比一次側(cè)要低上許多，不過還需要經(jīng)過整流、調(diào)整以及濾波平滑等電路，才會(huì)變成計(jì)算機(jī)零件所需的各電壓直流電。

 

二極管

電源供應(yīng)器內(nèi)部，隨著各部電路要求及輸出大小而使用不同種類以及規(guī)格，除了一般的硅二極管外，還有蕭特基障壁二極管(SBD)、快速回復(fù)二極管(FRD)、齊納二極管(ZD)等種類。

 

圖片中為二極管常見的封裝形式。

 

FRD主要用于主動(dòng)功率因子修正以及功率級一次側(cè)電路；SBD用于功率級二次側(cè)，將變壓器輸出進(jìn)行整流；ZD則是作為電壓參考用。

 

電感器

電感器隨著磁芯結(jié)構(gòu)、感抗值、電路上安裝位置的不同，可以作為交換電路中的儲能組件、磁性放大電路的電壓調(diào)整組件以及二次側(cè)整流后輸出濾波使用，于電源供應(yīng)器中廣泛使用。

 

圖片中電感形狀有環(huán)形及圓柱型，隨著感值及電流承受力而有不同的圈數(shù)以及漆包線粗細(xì)。

 

電容器

如電感器般，電容器同樣也作為儲能組件以及漣波平滑使用。為了承受整流后的高壓直流，高耐壓電解電容用于電源供應(yīng)器一次側(cè)電路；為了降低輸出下電解電容連續(xù)充放電時(shí)造成的損失，二次側(cè)電路則大量使用高耐溫長壽低阻抗電解電容。

 

圖片中下方較大者為用于一次側(cè)的高耐壓電解電容，上方較低耐壓則使用于二次側(cè)及外圍控制電路。

 

因電容內(nèi)有化學(xué)物質(zhì)(電解液)的關(guān)系，工作溫度對電解電容的壽命有相當(dāng)影響，所以長時(shí)間下運(yùn)作，除了維持電源供應(yīng)器的良好散熱外，其使用的電解電容廠牌及系列也決定電源供應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)作的可靠度及壽命。

 

電阻器

電阻器用于限制電路上流過的電流，并于電源供應(yīng)器關(guān)閉后釋放電容器內(nèi)所儲存的電荷，避免產(chǎn)生電擊事故。

 

圖片中左方為大功率水泥電阻，可承受較大功率超額，右方則為一般常見的電阻，其上的色碼標(biāo)示出其阻值及誤差。

 

上述組件構(gòu)成的電路若是沒有搭配控制電路的話，是無法發(fā)揮其功能的，而各路輸出也需要隨時(shí)監(jiān)視管理，當(dāng)發(fā)生任何異常時(shí)就要立即切斷輸出，以保護(hù)計(jì)算機(jī)零組件的安全。

 

各種控制IC

電源供應(yīng)器內(nèi)的控制IC，依其安裝位置及用途來分，有作為PFC電路用、功率級一次側(cè)PWM電路用、PFC/PWM整合控制用、輔助電源電路用整合組件、電源監(jiān)控管理IC等等。

 

PFC電路用：作為主動(dòng)功率因子修正電路控制，使電源供應(yīng)器可維持一定的功率因子，并減少高次諧波產(chǎn)生。

 

功率級一次側(cè)PWM電路用：作為功率級一次側(cè)開關(guān)晶體驅(qū)動(dòng)用PWM(脈寬調(diào)變)信號產(chǎn)生，隨著電源輸出狀態(tài)對其任務(wù)周期(Duty Cycle)的控制。一般常見的有UC3842/3843系列等PWM控制IC。

 

PFC/PWM整合控制用：將上述兩種控制器結(jié)合于單一IC中，可使電路更為簡化，組件數(shù)目減少，縮小體積外也降低故障率。例如常見的CM680X系列，就是PFC/PWM整合控制IC。

 

輔助電源電路用整合組件：因?yàn)殡娫搓P(guān)閉后，輔助電源電路仍需持續(xù)輸出，所以必須自成一獨(dú)立系統(tǒng)，因其輸出瓦數(shù)不需太高，所以使用業(yè)界小功率整合組件作為其核心，例如PI的TOPSwitch系列。

 

電源監(jiān)控管理IC：進(jìn)行各路輸出的UVP(低電壓保護(hù))、OVP(過電壓保護(hù))、OCP(過電流保護(hù))、SCP(短路保護(hù))、OTP(過溫度保護(hù))監(jiān)視及保護(hù)，當(dāng)超出其設(shè)定值后，便會(huì)關(guān)閉并鎖定控制電路，停止電源供應(yīng)器輸出，待故障排除后才可重新啟動(dòng)。

 

除了上述組件外，其它還有廠商視需要自行加上的IC，例如風(fēng)扇控制IC等等。

 

光耦合器

光耦合器主要是用于高壓電路與低壓電路的信號傳遞，并維持其電路隔離，避免發(fā)生故障時(shí)高低壓電路間產(chǎn)生異常電流流動(dòng)，使低壓組件損壞。其原理就是使用發(fā)光二極管與光敏晶體管，利用光來進(jìn)行信號傳遞，且因?yàn)閮烧卟o電路上的連結(jié)，所以可以維持兩端電路的隔離。

 

總結(jié)：電源板PCBA加工中常涉及到的電子元器件大致上有以下類型：交流電輸入插座、跨接線路濾波電容、線路旁通電容、交連電感、保險(xiǎn)絲、負(fù)溫度系數(shù)電阻、金氧變阻器、橋式整流器、開關(guān)晶體管、變壓器、二極管、光耦合器等。