開(kāi)關(guān)晶體管

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

 

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

 

隨著開(kāi)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(jí)拓墣，在講求高效率的電源供應(yīng)器內(nèi)，也有使用開(kāi)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?，并利用磁能進(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(jiǎn)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(lái)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(hào)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(guò)還需要經(jīng)過(guò)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(jiàn)的封裝形式。

 

FRD主要用于主動(dòng)功率因子修正以及功率級(jí)一次側(cè)電路；SBD用于功率級(jí)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(chǔ)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(chǔ)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(zhǎng)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(duì)電解電容的壽命有相當(dāng)影響，所以長(zhǎng)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(guò)的電流，并于電源供應(yīng)器關(guān)閉后釋放電容器內(nèi)所儲(chǔ)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(jiàn)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(méi)有搭配控制電路的話，是無(wú)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(lái)分，有作為PFC電路用、功率級(jí)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(jí)一次側(cè)PWM電路用：作為功率級(jí)一次側(cè)開(kāi)關(guān)晶體驅(qū)動(dòng)用PWM(脈寬調(diào)變)信號(hào)產(chǎn)生，隨著電源輸出狀態(tài)對(duì)其任務(wù)周期(Duty Cycle)的控制。一般常見(jiàn)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(jiǎn)化，組件數(shù)目減少，縮小體積外也降低故障率。例如常見(jiàn)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(guò)電壓保護(hù))、OCP(過(guò)電流保護(hù))、SCP(短路保護(hù))、OTP(過(guò)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(hào)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(lái)進(jìn)行信號(hào)傳遞，且因?yàn)閮烧卟o(wú)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(kāi)關(guān)晶體管、變壓器、二極管、光耦合器等。