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ATX電源適配器與開關(guān)電源適配器的關(guān)系

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ATX電源適配器與開關(guān)電源適配器的關(guān)系

    ATX電源適配器是一種開關(guān)電源適配器（與開關(guān)電源適配器對應(yīng)的是線性電源適配器）。顯然，ATX電源適配器只是眾多開關(guān)電源適配器中很小的一個(gè)子類——它專門被設(shè)計(jì)為為臺式計(jì)算機(jī)主板供電。在現(xiàn)代社會(huì)中，開關(guān)電源適配器被廣泛使用（它包括但不僅限于ATX電源適配器）。事實(shí)上，無論是在現(xiàn)代辦公設(shè)備，還是在家用設(shè)備中，開關(guān)電源適配器都無處不在。
    作為線性電源適配器的替代者，開關(guān)電源適配器擁有許多線性電源適配器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。工作在（磁芯）截止區(qū)與飽和區(qū)之間的高頻開關(guān)變壓器具有低能耗的特點(diǎn)，這直接減輕了電源適配器自身的散熱壓力，其體積也可小型化。

開關(guān)電源適配器有4種結(jié)構(gòu)（拓?fù)洌?，如圖所示。

ATX電源適配器為一種開關(guān)電源適配器，其中的“開關(guān)電源適配器”主要有兩層含義。

    第一層含義指它是一種由開關(guān)控制輸出的電源適配器，PSON就是ATX電源適配器的開關(guān)。對比來說，的確有這樣的電源適配器，其輸出是不經(jīng)開關(guān)控制的。這樣的電源適配器既沒有如臺燈開關(guān)一樣的機(jī)械開關(guān)，也沒有如ATX電源適配器PSON一樣的邏輯電平開關(guān)，只要將電源適配器接入交流市電220V，就能夠在其輸出一側(cè)得到正常的目標(biāo)電壓，例如，手機(jī)充電器、電動(dòng)車充電器、LCD液晶顯示器內(nèi)部電源適配器板逆變器一體板上的低壓電源適配器。
    第二層含義指它屬于電源適配器分類中的開關(guān)電源適配器子類。這揭示了ATX在AC/DC的換能過程的根本電學(xué)原理，是較為科學(xué)的命名。在較典型的由TL494＋LM339為核心的ATX電源適配器中，其輔助電源適配器部分屬于反激拓?fù)洌渲麟娫催m配器部分屬于半橋拓?fù)?。反激拓?fù)溟_關(guān)電源適配器的輸出功率在0～150W之間。正激拓?fù)溟_關(guān)電源適配器的輸出功率在50～500W之間。半橋拓?fù)溟_關(guān)電源適配器的輸出功率在100～1000W之間。全橋拓?fù)溟_關(guān)電源適配器的輸出功率在500W以上。
    ATX電源適配器作為開關(guān)電源適配器，其根本功能是完成AC/DC的電能轉(zhuǎn)換。
    交流市電220V首先經(jīng)過交流輸入及整流濾波電路轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔埽ㄕ骱蟮玫?10V直流電壓），這個(gè)直流電的電壓會(huì)在開關(guān)管的控制下以脈沖直流電流的形式間斷而又連續(xù)地流經(jīng)開關(guān)變壓器的初級繞組。
    在脈沖直流電流流經(jīng)開關(guān)變壓器的初級繞組的過程中，開關(guān)管處于打開狀態(tài)。這個(gè)過程就是交流市電220V的電能轉(zhuǎn)化為磁場能并儲(chǔ)存在開關(guān)變壓器磁芯中的過程（磁芯充能）。接下來，開關(guān)變壓器還應(yīng)該通過其次級線圈，將磁芯中的磁場能傳遞出去（磁芯釋放電能），經(jīng)低壓側(cè)整流、濾波儲(chǔ)能等過程后，后面輸出到ATX電源適配器的輸出端子。
    在整個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過程中，開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間有一個(gè)上限，它并不會(huì)（也不能）無限制導(dǎo)通（更不用說始終處于短路的極限情況），其理由是顯而易見的。對于開關(guān)變壓器的磁芯而言，在開關(guān)管導(dǎo)通后，開關(guān)變壓器的磁芯通過初級線圈流經(jīng)的脈沖直流電進(jìn)行充能，但磁芯所能容納的磁場能也是有限度的。一旦超出了磁芯本身儲(chǔ)能的能力，較直接的結(jié)果就是此刻的開關(guān)變壓器的初級線圈對流經(jīng)其自身的電流已經(jīng)沒有了阻礙的作用（此刻的初級線圈已經(jīng)等價(jià)于普通直導(dǎo)線）。如果在此刻的臨界狀態(tài)下開關(guān)管無法被關(guān)閉（如開關(guān)管自身短路），就意味著于310V直流電壓會(huì)經(jīng)開關(guān)管及變壓器的初級線圈后直接回到整流全橋的負(fù)極。這相當(dāng)于用導(dǎo)線直接將整流全橋的正負(fù)極輸出短路，后果不言自明。
    實(shí)際上，香港電源適配器會(huì)根據(jù)其輸出端子處實(shí)際輸出的直流電壓的高低（反饋），主動(dòng)地控制開關(guān)管導(dǎo)通一段時(shí)間后再去關(guān)閉開關(guān)管。我們可以把開關(guān)管從開始導(dǎo)通到被關(guān)閉之間的這段時(shí)間稱為“開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間”，記為TON?？梢姡伴_關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間”的時(shí)長必須是可控的。
    可以想象，對于同一個(gè)ATX電源適配器而言，在低負(fù)荷和高負(fù)荷時(shí)的開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間一定是不一樣的。在由低負(fù)荷轉(zhuǎn)為高負(fù)荷時(shí)，開關(guān)管應(yīng)該導(dǎo)通更長的時(shí)間，以便將更多的電能輸送至后級電路。否則，輸入電能的速度跟不上負(fù)載消耗電能的速度，將會(huì)造成輸出端子的實(shí)際輸出電壓有下降的趨勢，反之亦然（實(shí)際輸出電壓升高）。這個(gè)過程其實(shí)就是ATX電源適配器的穩(wěn)壓過程。
    綜上所述，開關(guān)電源適配器中的開關(guān)管實(shí)際上是“先打開，再關(guān)閉，再打開，再關(guān)閉”的往復(fù)循環(huán)、周而復(fù)始的工作模式。這種工作模式被稱為“振蕩”。

    我們在查閱筆記本電源適配器有關(guān)的資料時(shí)常?？梢砸姷健捌鹫瘛钡淖謽?。在開關(guān)電源適配器領(lǐng)域，起振的本質(zhì)含義是指開關(guān)管已經(jīng)處于“先打開，再關(guān)閉，再打開，再關(guān)閉”往復(fù)循環(huán)工作模式。開關(guān)管起振，是開關(guān)電源適配器能夠正常工作的必要條件。
    我們還可以進(jìn)一步把開關(guān)管從開始被關(guān)閉到下一次被打開之間的這段時(shí)間定義為“開關(guān)管關(guān)閉時(shí)間”，記為TOFF。
    那么，在開關(guān)管的一個(gè)振蕩周期中，所經(jīng)歷的時(shí)間總長應(yīng)為TON＋TOFF。開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間與整個(gè)周期TON＋TOFF的比值稱為開關(guān)管的“占空比”。而所謂的脈寬調(diào)制（PWM），就是指通過具有PWM功能的芯片，主動(dòng)調(diào)整TON的長短，以適應(yīng)負(fù)載的變化。
    對一個(gè)具體的ATX電源適配器而言，開關(guān)管的振蕩周期是相對固定的，它更多的是在設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)被確定好了。在單位時(shí)間（1s）內(nèi)的振蕩次數(shù)，就是開關(guān)電源適配器的頻率。頻率與振蕩周期是互為倒數(shù)的關(guān)系。
    ATX電源適配器主回路的它激振蕩源的頻率一般為幾十千赫。對于單開關(guān)管的ATX電源適配器而言，單開關(guān)管的振蕩頻率與它激振蕩源的頻率相同，對于雙開關(guān)管（二者輪流交替導(dǎo)通）的ATX電源適配器而言，雙開關(guān)管中每一個(gè)開關(guān)管的振蕩頻率為它激振蕩源頻率的1/2。ATX電源適配器的它激振蕩源的頻率參數(shù)的具體高低更多是屬于電源適配器設(shè)計(jì)人員需要考慮的范圍，對于維修人員的意義不大。
    在前面的內(nèi)容中，我們已經(jīng)初步介紹了ATX電源適配器與開關(guān)電源適配器之間的關(guān)系，接下來，我們介紹ATX電源適配器的具體分類。相信對于從事或愛好電源適配器維修的讀者而言，“雙管半橋”、“單管正激”、“雙管正激”、“主動(dòng)PFC”、“被動(dòng)PFC”、“同步整流”等專業(yè)術(shù)語并不陌生。其中的“雙管半橋”、“單管正激”、“雙管正激”這三個(gè)術(shù)語是屬于開關(guān)電源適配器領(lǐng)域的概念?！爸鲃?dòng)PFC”、“被動(dòng)PFC”則是屬于功率因數(shù)領(lǐng)域的概念。而“同步整流”則是屬于整流領(lǐng)域的概念?！爸鲃?dòng)PFC”、“被動(dòng)PFC”、“同步整流”三種技術(shù)，都是為開關(guān)電源適配器服務(wù)的技術(shù)。
    在開關(guān)電源適配器（包括但不僅限于ATX電源適配器）發(fā)展的歷史過程中，人們一直在致力于開發(fā)更便宜、更穩(wěn)定的開關(guān)電源適配器。“雙管半橋”拓?fù)涞腁TX電源適配器是當(dāng)前較便宜、較成熟的臺式計(jì)算機(jī)電源適配器，它至今仍占據(jù)著中低端ATX電源適配器市場的不少份額。但是，隨著板卡的發(fā)展，對ATX電源適配器也提出了更高的換能要求?！半p管半橋”拓?fù)涞膿Q能能力，已經(jīng)逐漸跟不上板卡的耗能需求。因此，ATX電源適配器研發(fā)人員努力地完善“單管正激”和“雙管正激”拓?fù)浼夹g(shù)，在保證其穩(wěn)定性的同時(shí)將其成本控制得更為合理，使其逐步取代“雙管半橋”。
    我們無法從“雙管半橋”、“單管正激”、“雙管正激”中選擇一個(gè)所謂較好的ATX電源適配器拓?fù)浞桨?。這實(shí)際上是一個(gè)偽命題，一切都需要從實(shí)際需要出發(fā)。這是因?yàn)樵诰唧w選擇ATX電源適配器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，要將負(fù)載的耗電需求與成本這兩個(gè)因素綜合起來考慮。對于小功率需要而言，較為成熟穩(wěn)定的“雙管半橋”拓?fù)涫且粋€(gè)很好的選擇。只有在中大功率需要的時(shí)候，才更傾向于選擇“單管正激”或“雙管正激”。

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| 發(fā)布時(shí)間：2019.05.07    來源：電源適配器廠家
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