PC电源的内部组成结构是什么样？有哪些分类？

PC电源是专门为机箱内部配件供电的设备，如主板，驱动器，显卡等。PC电源大都是开关型电源。

好的，我们来详细了解一下PC电源（ATX电源）的内部组成结构和常见分类。

⚙️ 一、PC电源（ATX电源）的内部组成结构

PC电源本质上是一个开关电源（SMPS），它将输入的交流电（AC）转换成电脑各个部件所需的不同电压等级的直流电（DC）。其核心结构和工作流程通常如下：

输入接口与滤波 (Input & EMI Filter):
- 交流输入插座: 连接市电。
- 保险丝: 防止严重过载或短路损坏电源。
- EMI滤波器: 由电感（扼流圈）和电容组成。
  - 目的：滤除市电中的高频干扰杂讯。
  - 目的：防止电源内部产生的高频开关噪音倒灌回电网，以满足电磁兼容性(EMC)要求。
- 突入电流限制器 (NTC热敏电阻): 通常是一个负温度系数热敏电阻，在冷启动时限制瞬间大电流（浪涌电流），保护整流桥等元件。
整流桥 (Bridge Rectifier):
- 功能: 将输入的交流电(AC)整流成单向的脉动直流电(脉动DC)。
- 组成: 通常由4个二极管组成桥式整流电路。
主动式/被动式功率因数校正 (APFC or PPFC):
- 目的: 提高电源对市电的利用效率（功率因数），减少无谓的能量损耗。
- 主动式功率因数校正 (Active PFC):
  - 现代主流电源普遍采用。
  - 核心：一个Boost升压电路（包含PFC控制芯片、功率MOSFET开关管、升压电感、快恢复二极管、大容量高压电解电容）。
  - 功能：将整流后的脉动DC升压并整形为平滑、稳定的高压直流电（通常约380-400V DC），同时使输入电流波形与电压波形同相位，功率因数可达0.9以上。
- 被动式功率因数校正 (Passive PFC)：
  - 较老旧或低端电源可能采用。
  - 核心：一个大电感（扼流圈）。
  - 效果：功率因数较低（约0.75），效率不高，体积较大。
开关电路与高频变压器 (Switching Circuit & High-Frequency Transformer):
- 功能: 将高压直流电转换成脉宽调制的高频交流电。这是开关电源的“心脏”。
- 拓扑结构: 常见的有：
  - 半桥拓扑 (Half-Bridge): 成本效益高，广泛用于中端电源。
  - 双管正激 (Double Forward): 效率、稳定性较好。
  - 全桥拓扑 (Full-Bridge): 用于高功率高端电源。
  - LLC谐振转换器 (LLC Resonant Converter): 现代高端高转换效率电源常用，效率高、发热低。
- 关键元件:
  - 开关管 (Switching Transistors - MOSFETs): 在高频下导通和关断高压直流电。
  - 控制芯片 (PWM Controller IC): 产生脉冲信号驱动开关管，控制导通时间（占空比）以调节输出电压。
  - 高频变压器: 电气隔离和电压变换中心。通过不同的次级绕组匝数比，产生多路较低电压的交流电。
次级整流与输出滤波 (Secondary Rectification & Output Filtering):
- 功能: 将高频变压器次级输出的低压交流电整流成直流电，并进行滤波以提供稳定、低纹波的直流输出。
- 关键元件:
  - 肖特基整流二极管 (Schottky Diodes) 或同步整流 MOSFET (Synchronous Rectifier MOSFETs - SR): 用于整流。肖特基二极管正向压降小、速度快。同步整流则使用MOSFET代替二极管，进一步降低损耗，提高效率（高端电源普遍采用）。
  - 滤波电容 (Electrolytic Capacitors & Polymer Capacitors): 大量的电解电容（现在也常用固态电容）用于滤波和储能，提供瞬间负载所需的电流，减少输出电压的波动（纹波和噪声）。
  - 滤波电感 (Chokes/Inductors): 与电容组成LC滤波网络，进一步平滑输出波形。
稳压与保护电路 (Regulation & Protection Circuits):
- 功能: 监控输出电压，通过反馈回路（通常光耦隔离）调整PWM控制器的脉冲宽度（占空比），实现输出电压的精准稳定。
- 关键元件:
  - 监控芯片 (Supervisor IC): 核心控制芯片，接收来自各路的电压反馈信号。
  - 保护电路: 集成或分立元件实现的多种保护措施，常由监控芯片触发：
    - 过压保护 (OVP - Over Voltage Protection): 某路输出电压过高时立即关机。
    - 欠压保护 (UVP - Under Voltage Protection): 某路输出电压过低时关机。
    - 过流保护 (OCP - Over Current Protection): 输出电流超出安全范围时关机。
    - 短路保护 (SCP - Short Circuit Protection): 输出端短路时立即关机。
    - 过功率保护 (OPP - Over Power Protection): 总输出功率超过电源标称值时关机（通常设有一定冗余）。
    - 过温保护 (OTP - Over Temperature Protection): 电源内部温度过高时关机（传感器靠近散热片或关键发热元件）。
输出接口与线缆:
- 模块化板: 在全模组或半模组电源上用于连接模组线。
- 主连接器: 24针（或20+4针）主电源接口给主板供电。
- CPU供电: 4+4 Pin 或 8 Pin EPS供电给CPU。
- PCIe供电: 6+2 Pin（或6Pin/8Pin）供电给显卡。
- SATA供电: 给SATA硬盘、光驱等设备供电。
- 大4Pin D型口 (Molex) / 软驱小4Pin口: 给老式设备或部分风扇供电。
- DC to DC 板 (常见于 +3.3V 和 +5V): 在LLC谐振或类似单路输出结构中，+12V是主输出，通过高效的DC-DC降压电路从+12V转换出稳定的+3.3V和+5V，提高效率和负载适应性。
散热系统:
- 散热片: 固定在开关管、整流管等发热元件上。
- 散热风扇: 通常是120mm或140mm规格，将内部热量排出机箱外。风扇转速控制根据负载和温度变化（温控风扇）。

? 二、PC电源的分类

PC电源可以根据不同的特性和设计进行多种分类：

按外形尺寸标准分：
- ATX: 最常见的标准尺寸（约150mm宽 86mm高 140mm深，具体厂商和瓦数可能有细微差别）。
- SFX: 小型化标准（约125mm宽 63.5mm高 100mm深），用于迷你ITX机箱。
- SFX-L: SFX的加长版（深度增加到125mm），可容纳更大直径（通常120mm）的散热风扇以降低噪音。
- TFX / Flex ATX / 1U/2U等： 更特殊的尺寸，主要用于商用品牌机、超小型HTPC或服务器机柜。
按线缆连接方式分：
- 非模组化电源: 所有输出线缆都固定在电源本体上。优点是价格最低；缺点是线缆管理困难，多余的线缆占用机箱空间影响散热和美观。
- 半模组化电源: 24针主供电接口和CPU供电接口是固定的，其他如SATA、PCIe、大4D等接口采用可拆卸的模组化设计。成本、线材管理灵活性介于两者之间。
- 全模组化电源: 所有输出线缆都可以根据需要拆卸。线缆管理最灵活美观，方便定制线材，但价格最高。
按功率因数校正 (PFC) 类型分：
- 主动式PFC电源: 如前所述，效率高（功率因数>0.9）、体积相对较小、符合严格的能效规范。现代主流。
- 被动式PFC电源: 性能较差、体积大、效率低，已基本被淘汰。
按转换效率认证分 (80 PLUS)：
- 衡量电源将输入交流电转换成输出直流电的效率（能量损耗多少）。等级越高越省电、发热越低、质量通常也越好。
- 80 PLUS: 效率要求：20%负载下80%，50%负载下80%，100%负载下80%（230V AC下略有提升）。
- 80 PLUS 白牌 (Standard): 82%/85%/82%
- 80 PLUS 铜牌 (Bronze): 82%/85%/82% (115V) 或 85%/88%/85% (230V)
- 80 PLUS 银牌 (Silver): 85%/88%/85% (115V) 或 87%/90%/87% (230V) - 相对少见。
- 80 PLUS 金牌 (Gold): 87%/90%/87% (115V) 或 90%/92%/89% (230V) - 主流中高端。
- 80 PLUS 铂金牌 (Platinum): 90%/92%/89% (115V) 或 92%/94%/90% (230V) - 高端。
- 80 PLUS 钛金牌 (Titanium): 90%/92%/94%/90% (10%/20%/50%/100%负载) (115V) 或 94%/96%/94%/90% (230V) - 顶级效率。
按内部结构设计分：
- 单路 +12V 设计 (Single +12V Rail):
  - 整个+12V输出共享一个输出回路和一个电流限制值(OCP)。
  - 优点：单个高功率设备（如旗舰显卡）可以汲取所有+12V电流。
  - 缺点：若设计不良或OCP值设置过高，单一设备严重过载可能无法及时触发保护，存在烧毁风险（现在成熟方案已解决）。
- 多路 +12V 设计 (Multi +12V Rails):
  - 将总+12V输出能力分成几个独立的回路（Rail），每路有独立的电流限制(OCP)。
  - 常见：+12V1供给CPU，+12V2供给显卡，+12V3供给主板及其他。
  - 优点：安全性更高，单一设备故障或过载只会烧毁该路保险或触发该路OCP，保护其他设备。
  - 缺点：高功耗设备（尤其是单卡功耗极高的显卡）可能受限于单路输出能力（需注意显卡接线是否跨路）。但高质量电源的各路功率分配合理且足够。