認識你的電源供應器-半橋式電路篇

港都狼仔

上次的文章初步介紹了電源內常見的各種元件，這次在下以實際的電源供應器電路來跟各位一起探討解說。

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這是一款市面上常見的電腦用電源供應器內部主電路板，為手動輸入115/230電壓選擇，被動式PFC設計，半橋式電路拓墣。

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電路板背面，說明各級電路名稱及分區。

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交流電輸入電路板後，首要關卡為紅框內的EMI濾波電路，一般電源供應器都會有一至兩階EMI濾波電路，有的還會在交流輸入端採用一體式EMI濾波插座或是加裝獨立EMI電路子板，以提升雜訊過濾及隔離能力，也節省主電路板空間供放置更多元件。
暫態保護電路的NTC(負溫度係數)熱敏電阻與保險絲也常常被設置於交流輸入端之後，而元件上的黃色膠狀物質，則是固定元件用的膠，必須要有一定絕緣及耐熱能力。

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將EMI電路區所有元件取下後的樣子，主要構成為之前介紹過的Cx、Cy、交連電感、環形電感、電容放電用電阻(避免拔離插座後接觸到插頭而感電)、保險絲、負溫度係數(NTC)熱敏電阻。
圖片中兩只紅色玻璃管元件也屬於一種突波吸收元件，作為暫態保護用途。

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經過EMI濾波電路之後，就是輸入整流電路，此電源供應器輸入電壓為手動選擇式，利用開關切換整流電路模式，輸入115V是屬於倍壓整流；輸入230V為全波整流，並讓兩顆200V 560uF濾波電容充電，電源拔除後則透過電阻釋放電容儲存的電荷。
紅框內為MOV，與電解電容並聯，原因是避免因為切錯開關或輸入電壓異常過高，超過電解電容最高耐壓，而破壞電容以及其後的電路，外部包覆熱縮套管(其中一顆已經將套管除下)讓MOV於超壓輸入時能延長並維持短路狀態，以犧牲自己的方式使保險絲能有效熔斷，達成保護功能。

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主要電源電路(左邊紅框兩顆)與輔助電源電路(右邊紅框)的功率一次側開關元件均固定於散熱片上，協助運作時的熱量發散，散熱片以增加鰭片及打洞方式增加散熱面積。
半橋式電路功率級一次側常使用BJT(雙極電晶體)，此電源採用的是FAIRCHILD MJE13009 NPN功率電晶體，輔助電源電路則使用CEF02N7 MOSFET作為開關元件。

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功率級一次側電路配置，紅框內為用於主要電源電路一次側繞組，用電阻與電容串聯而成的緩衝電路(Snubber)，改善交換元件的di/dt以及加大SOA(安全作業區)。
藍色的MPP電容是半橋式電路中的串聯耦合電容器。

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PWM IC經由上方紅框內的脈衝變壓器(也可以說是驅動變壓器)，在維持高低壓電路隔離下傳遞可變任務週期(Duty Cycle)的脈波，並透過下方紅框內，由二極體、電阻、電容所組成的波形整型電路，變成功率級一次側半橋電路，兩顆開關晶體所需要的基極(Base)驅動信號，以控制其導通與截止。

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交流輸入經整流後的高壓直流，經開關晶體以PWM方式調變後，變成脈寬可變的高壓脈流，再輸入至主要變壓器中，透過電磁能轉換變為較低的多組電壓輸出，所以變壓器本體承受功率傳遞的能力，是決定各路輸出容量及性能的要素之一。
變壓器雖然隔離了高壓與低壓電路，提高用電安全，但本身也存在鐵損、銅損等等的損失問題，所以除了功率元件的交換損失以外，變壓器的損失也與電源供應器表現出的轉換效率息息相關。

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紅框內為輔助電源電路的二次側，因為僅提供5V待命電源以及電源供應器自身電路所需電源的小功率輸出，所以結構都蠻簡單的，這裡使用的是RCC(振鈴扼流圈)返馳式(Flyback)自激式交換電路，二次側透過TL431三端子穩壓IC，經由電阻網路及光耦合器回授控制，將輸出端電壓控制於5V。

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其主要構成元件有輸出電感、電容、整流用SBD二極體、小型低功率NPN/PNP電晶體。有些電源採用的是一體式控制+功率元件，其元件更少，輔助電源電路可以更為簡化，降低成本及故障的風險。

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主要變壓器二次側輸出繞組分配圖，可以看到5V與3.3V共用同一繞組，3.3V由5V繞組透過一磁性放大電路進行降壓後提供3.3V迴路使用，雖然3.3V與5V迴路都有獨立的整流元件，但是因為共用一個二次繞組，所以大部分的電源供應器，其3.3V與5V的輸出總和功率是一併計算的。

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各路整流用SBD(蕭特基障壁二極體)固定於散熱片上，協助散發運作時的熱量，並加上絕緣導熱膠片與散熱片進行絕緣，每顆都包裝兩顆N極相對的SBD，依照承受電流量及電壓的不同而有大小相異的封裝。

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紅框為3.3V/5V/12V整流元件使用的緩衝電路(Snubber)，利用電阻與電容串聯，跨接於二次側SBD整流元件輸出端，用來改善整流元件di/dt以及加大SOA(安全作業區)，避免其損壞。

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二次側濾波輸出電路所使用的電感，5V、12V、-12V共用一個(右紅框)，3.3V則獨立使用一個(左紅框)，圖中濾波電容已被移除。

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各路電壓輸出端，其中紅框處為12V1與12V2的分流器裝設點，不過可以見到12V2的分流器MJ2並未接上，僅12V1有安排分流器，可能是因為此款電源並未安裝額外OCP子板的關係，而將其省略。

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PWM控制電路以獨立子板製作，安裝上方標示於PWM Control Board的位置，可以節省主電路板的空間。此顆半橋式PWM控制器為電源廠商自行改良的型號，算是為此架構電源系列所量身訂做的，其好處可以簡化電路零件數目並達成所要求的功能(例如附帶電源管理機能)。
其他較大的電源廠商，例如台達與HIPRO等，在自家電源內也都有使用改良過的控制器以及電源管理IC。

半橋式電源探討到此告一段落，下次將跟各位討論另一種很常見的單晶順向式電路電源供應器結構。

報告完畢，謝謝收看。

etpass

感謝狼大 無私分享 ~hm250~

workerman

終於盼到續篇了,一樣精采,謝謝狼大用心.

carzy1kimo

謝謝大大的用心整理..很不錯的解說 ~要慢慢的吸收 ~感謝~n_104|

shaoyexin

拜讀完後又對電源供應器有更明確的了解了...
狼大的教學說明既清楚又明瞭~感謝狠大辛苦的說明及教學^^"
這一篇應該算是精華了吧...n_116|
期待下一篇 單晶順向式電路電源供應器結構 :sam46

atai

哇塞,狼大真是太屌了,以極興奮的心情囫圇吞棗先看完一遍,再來多看幾次希望可以慢慢吸收,POWER看似簡單學問卻不小,一不小心可能就會搞成更大的破壞,謝謝狼大的分屍解剖n_150| ,讓大家可以更進一步認識POWER,辛苦了 n_109|

jeanshyen

好像上了一堂 [交換式電源供應器] 解剖學 !!!

真是難得一見 , 感謝狼大用心 ~hm254~

pentium1t

狼大的文章篇篇精采,值得再三研讀,配合動手去修真得獲益良多!
感謝狼大老師!

kalen

狼大~真的很佩服你這樣又拆解又拍照又詳細解說..讓我們這些電子菜鳥受益匪淺~hm244~

blackfox

除了感謝，就是感動
一邊看一邊比對把玩桌上被我支解的電源供應器
雖然有很多專有名詞尚待消化
圖文並茂對照下對各部位所司，有了更進一步的認識
也解了我很多想問又不敢問的問題 (新手，去爬文! GO!GO!GO!)

redcloud62

真是精闢的解說
又學到不少知識
感謝分享

jason1204

現在才看到這篇
只有一句話 精采:sam02

ㄚ呆8888

神 謝謝大大的用心整理..很不錯的解說

martin99

大哥願意花時間把知識傳給大家，是我們的福氣，我一定要好好的發揮知識的力量，減少極速增加的電腦垃圾，也算是在保護地球啦！

MultiTang

狼先生
請問您發了幾篇“認識你的電源供應器”
我目前只找到三篇，每篇都是相當好的介紹〈雖然還可以更好〉

元件篇
(半橋式)電路篇
順向式電源及故障分析篇

看日期好像都是前幾年的大作

不知道您還有哪些這類的文章？會不會再談更深、更廣些？

很多人可能只簡單的說‘有興趣請閱讀相關書籍’，
雖然這是很真實的話，
不過，找資料、閱讀書籍不見得就能懂得多少！如果有人帶，會比較容易理解！

‧‧‧期盼與繼續研讀中‧‧‧

請問這一篇是不是也是您本人發的？或是別人轉載的？想看看那10張電源電路圖，不過沒辦法註冊，看不到那10張電源電路圖！
認識你的電源——電子元件篇(附10張電源電路圖)

港都狼仔

那篇是被"A"過去的
所以並不是在下發的

大野

真是受益良多  感謝

jackchen681

慢慢消化........感謝

shunxing

挖~~好詳細的資料
狼大可以當老師了......

markjan1206

謝謝大大這麼詳細的解說

man188

感謝狼大精闢的教學
小弟受益良多

jimpo

有過半年以上沒來論壇報到，文章竟增加這麼多，大家都太厲害了，能提供齊全的維修資料，感謝大家分享

lrjpc

狼大~請受小弟一拜n_109| n_109|

wadecould

謝謝狼大的詳細解說
真的一時三刻無法吸收
只能收下來慢慢研究了

jimna

狼的說的很仔細!!
小弟的等級可能還沒到!!
看的霧煞煞!!

yucharles

謝謝狼大
新手學習中

mmx1013

圖文並茂，詳盡解說，真有上課的感覺。

感恩狼大老師花時間做資料為大家上課，受益良多，謝謝!!!

vincenttw

大大實在太好了，不想回也不行，真的要向大大多多學習

sumw2000

真真的好厲害,佩服佩服

walkman

狼大精彩的圖片解說
讓我對power的瞭解更進一步了