“开关模式” PC 机电源设计：原理与优势解析
出处：网络整理 发布于：2025-05-16 15:21:32
在计算机技术飞速发展的今天，PC 机作为人们工作、学习和娱乐的重要工具，其性能和稳定性备受关注。而 PC 机电源作为整个系统的能量供应，对 PC 机的正常运行起着至关重要的作用。PC 机所使用的电源是基于一种叫做 “开关模式” 的技术，所以我们通常把 PC 电源称为 —— 开关电源 (SMPS)，它还有一个别名 —— 直流 - 直流转换器。在这篇文章中，我们将为大家详细介绍开关电源的工作模式和原理、开关电源的内部元件以及这些元件的功能。
线性电源基础知识
虽然线性电源非常适合为无绳电话、PlayStation/Switch/Xbox 游戏机等低功率设备供电，但对于高功率设备来说，线性电源会让人难以承受。对于线性电源来说，内部电容和变压器的大小与交流市电的频率成反比，即输入市电的频率越低，线性电源所需的电容和变压器越大，反之亦然。由于目前的交流市电是 60Hz（有些国家是 50Hz），频率相对较低，其变压器和电容往往相对较大。另外，交流市电的浪涌越大，线性电源的变压器尺寸也就越大。由此可见，做一个线性电源，对于 PC 界来说是一个疯狂的举动，因为它的体积会非常大，重量也会很重。这也是个人 PC 用户不适合使用线性电源的原因。
开关电源基础知识
高频开关电源可以很好地解决这个问题，采用高频开关电源的模式。对于高频开关电源来说，在进入变压器之前，交流输入电压可以先升压（一般在升压前 50 - 60KHz）。随着输入电压的升高，变压器、电容等元件不需要像线性电源那样大而化之。这种高频开关电源正是我们的个人电脑和 VCR 等设备所需要的。需要注意的是，我们通常所说的 “开关电源” 其实是 “高频开关电源 ” 的简称，它与电源本身的开关和开机无关。
实际上，终端用户的 PC 电源采用的是一种更优化的方案：闭环系统 -- 控制开关电源的电路，从电源的输出端获取反馈信号，然后根据 PC 机的功耗，在一定的时间段内根据电源的变压器，增加或减少电压的频率，以适应电源的变压器（这种方法称为 PWM，脉宽调制）。因此，开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗大小进行自我调节，从而使变压器等元件带走较少的能量，减少发热。相比之下，线性电源的设计理念是以功率为重，即使负载电路不需要大量的电流，也是以功率为重。这样做的后果是，即使在不需要的时候，所有的元件都会满负荷工作，从而导致发热量大大增加。
线性电源基础知识
目前电源主要有两种类型：线性电源 (LINEAR) 和开关电源 (SWITCHING)。线性电源的工作原理是先将 127V 或 220V 的市电通过变压器转换成低压电，如 12V 等，经过转换后的低压仍为交流电。接着，通过一系列的二极管进行校正和整流，将低压交流转换成脉动电压（如图 1 和图 2 “3” 所示）。下一步需要对脉动电压进行滤波，这一过程通过电容完成，经过滤波后的低压交流变成直流电（如图 1 和图 2 “4” 所示）。然而，这时的低压直流还是不够纯净，会有一定的波动（这种电压波动就是我们常说的纹波），所以还需要调节电压二极管或电压整流电路进行校正。，我们得到一个纯低压直流输出（如图 1 和图 2 中的 “5” 所示）。
图 1：标准的线性电源设计图
虽然线性电源非常适合为无绳电话、PlayStation/Switch/Xbox 游戏机等低功率设备供电，但对于高功率设备来说，线性电源会让人难以承受。对于线性电源来说，内部电容和变压器的大小与交流市电的频率成反比，即输入市电的频率越低，线性电源所需的电容和变压器越大，反之亦然。由于目前的交流市电是 60Hz（有些国家是 50Hz），频率相对较低，其变压器和电容往往相对较大。另外，交流市电的浪涌越大，线性电源的变压器尺寸也就越大。由此可见，做一个线性电源，对于 PC 界来说是一个疯狂的举动，因为它的体积会非常大，重量也会很重。这也是个人 PC 用户不适合使用线性电源的原因。
开关电源基础知识
高频开关电源可以很好地解决这个问题，采用高频开关电源的模式。对于高频开关电源来说，在进入变压器之前，交流输入电压可以先升压（一般在升压前 50 - 60KHz）。随着输入电压的升高，变压器、电容等元件不需要像线性电源那样大而化之。这种高频开关电源正是我们的个人电脑和 VCR 等设备所需要的。需要注意的是，我们通常所说的 “开关电源” 其实是 “高频开关电源 ” 的简称，它与电源本身的开关和开机无关。
实际上，终端用户的 PC 电源采用的是一种更优化的方案：闭环系统 -- 控制开关电源的电路，从电源的输出端获取反馈信号，然后根据 PC 机的功耗，在一定的时间段内根据电源的变压器，增加或减少电压的频率，以适应电源的变压器（这种方法称为 PWM，脉宽调制）。因此，开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗大小进行自我调节，从而使变压器等元件带走较少的能量，减少发热。相比之下，线性电源的设计理念是以功率为重，即使负载电路不需要大量的电流，也是以功率为重。这样做的后果是，即使在不需要的时候，所有的元件都会满负荷工作，从而导致发热量大大增加。
关键词：PC 机电源
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