在电子设备的世界里，电源就像是设备的 “心脏”，为其稳定运行提供必要的能量。而开关电源作为一种广泛应用的电源类型，其性能和稳定性直接影响着电子设备的工作状态。下面，我们将详细介绍开关电源的相关知识，包括与线性电源的对比、内部电路结构以及各模块的功能和作用。
目前，电源主要分为线性电源和开关电源两种类型。线性电源的工作原理是先将 127V 或者 220V 市电通过变压器转为低压交流电，如 12V，然后经过一系列二极管进行矫正和整流，将低压交流电转化为脉动电压。接着，通过电容对脉动电压进行滤波，将其转换为低压直流电。但此时的低压直流电不够纯净，存在一定波动，即纹波，还需要稳压二极管或电压整流电路进行矫正，终得到纯净的低压直流输出。
线性电源适合为低功耗设备供电，如无绳电话、游戏主机等。然而，对于高功耗设备，线性电源则显得力不从心。线性电源内部电容和变压器的大小与 AC 市电频率成反比，由于当前常用的 60Hz（部分国家为 50Hz）频率相对较低，其变压器和电容体积较大。此外，AC 市电浪涌越大，线性电源的变压器个头也越大。因此，在个人 PC 领域，线性电源体积大、重量重，不适合使用。
开关电源通过高频开关模式很好地解决了这一问题。高频开关电源可在 AC 输入电压进入变压器之前进行升压，随着输入电压升高，变压器和电容等元器件的体积无需像线性电源那样大。这种高频开关电源正是个人 PC 和 VCR 录像机等设备所需要的。需要注意的是，“开关电源” 通常是 “高频开关电源” 的缩写，与电源本身的关闭和开启无关。终端用户的 PC 电源采用闭回路系统，负责控制开关管的电路从电源输出获得反馈信号，根据 PC 功耗增加或降低某一周期内的电压频率，以适应电源变压器，这种方法称为 PWM（脉冲宽度调制）。开关电源可根据耗电设备的功耗大小自我调整，使变压器和其他元器件带走更少能量，降低发热量。而线性电源设计理念是功率至上，即便负载电路不需要大电流，所有元件也工作在满负荷下，产生更多热量。
开关电源的 PWM 反馈机制通过不同设计的电源进行体现。没有 PFC（功率因素校正）电路的廉价电源和采用主动式 PFC 设计的中高端电源在结构上有所不同。主动式 PFC 电源没有 110/220V 转换器和电压倍压电路。为便于理解电源工作原理，提供的基本图解未包含短路保护、待机电路和 PG 信号发生器等额外电路。PWM 电路承担电压整流工作，输入电压在经过开关管前再次校正，进入变压器的电压变为方形波，变压器输出的也是方形波，因此开关电源常被称为 DC - DC 转换器。馈送 PWM 控制电路的回路负责调节功能，当输出电压错误时，PWM 控制电路改变工作周期的控制信号以适应变压器，校正输出电压。
打开开关电源，首先能看到电源风扇和散热片。区分电源内部侧和二次侧相对容易，采用主动式 PFC 电路的电源，看到一个大滤波电容的一侧为侧；无 PFC 电路的电源，看到两个大滤波电容的一侧为侧。一般在电源的两个散热片之间会安排 3 个变压器，主变压器，中等 “体型” 的负责 +5VSB 输出，的用于 PWM 控制电路，隔离侧和二次侧。有些电源采用光耦替代变压器作为 “隔离器”，只有主变压器和辅助变压器。电源内部通常有两个散热片，侧散热片上可看到开关管、PFC 晶体管和二极管，部分厂商会将主动式 PFC 组件安装在独立散热片上；二次侧散热片上有整流器，由两颗功率二极管组合而成，旁边还有电容和电感组成的低压滤波模块。区分侧和二次侧还可跟着走，与输出线相连的是二次侧，与输入线（市电接入线）相连的是侧。
市电接入 PC 开关电源后，首先进入瞬变滤波电路（EMI 电路）。市面上很多电源，尤其是低端电源，会省去部分元器件，通过检查 EMI 电路是否缩水可判断电源品质优劣。EMI 电路主要部件是 MOV（金属氧化物压敏电阻）或压敏电阻，负责抑制市电瞬变中的尖峰，MOV 元件也用于浪涌抑制器。许多低端电源为节省成本会砍掉 MOV 元件，配备 MOV 元件的电源无需浪涌抑制器。图中的铁素体线圈、圆盘电容（“Y” 电容）和金属化聚酯电容（“X” 电容）等共同构成瞬变滤波电路，该电路不仅能给市电滤波，还能阻止开关管产生的噪声干扰其他电子设备。
开关电源包括主动式 PFC 电源和被动式 PFC 电源，被动式 PFC 电源无 PFC 电路但配备倍压器，由两颗巨大的组成，适用于 127V 电压地区。倍压器一侧有整流桥，可由 4 颗二极管或单个元器件组成，高端电源的整流桥一般安置在专门散热片上。侧部分通常还配备 NTC 热敏电阻，根据温度变化改变电阻值，用于重新匹配供电。
主动式 PFC 电路仅在配有主动 PFC 电路的电源中可见。该电路通常使用两个功率 MOSFET 开关管，安置在侧散热片上。PFC 二极管是功率二极管，与功率晶体管封装类似，也安置在侧散热片上，只有两根针脚。PFC 电路中的电感是电源中的电感，侧的滤波电容是主动式 PFC 电源侧的电解电容。主动式 PFC 控制电路基于一颗 IC 整合电路，有时该整合电路同时控制 PWM 电路，称为 “PFC/PWM combo”。
开关电源的开关逆变器有多种模式，如单端正激、双管正激、半桥、全桥和推挽等，不同模式所需的开关管、二极管、电容数量和变压器针脚不同。目前的是双管正激和全桥式设计，均使用两颗开关管，安置在侧散热片上。
PC 电源一般配备 3 个变压器，主变压器，提供电源的低压直流输出；的变压器负责 +5VSB 输出，随时处于 “待命状态”；第三个变压器作为隔离器，将 PWM 控制电路和开关管相连，部分电源采用光耦替代。PWM 控制电路基于一块整合电路，无主动式 PFC 的电源常采用 TL494 整合电路，具备主动式 PFC 电路的电源有时采用 CM6800 芯片集成 PWM 芯片和 PFC 控制电路功能。
在二次侧，主变压器的输出被整流和过滤，输出 PC 所需电压。-5V 和 -12V 的整流用普通二极管即可，+3.3V、+5V 和 +12V 等正压的整流需大功率肖特基整流桥。整流电路有两种结构，模式 A 多用于低端入门级电源，需从变压器引出三个针脚；模式 B 多用于高端电源，成本较高。高端电源为提升电流输出能力，常采用两颗二极管并联方式。所有电源的 +12V 和 +5V 输出都配备完整的整流电路和滤波电路。3.3V 输出有三种设计方案，低端电源常采用在 +5V 输出部分增加 3.3V 电压稳压器的方案；高端电源多采用为 3.3V 输出增加完整整流电路和滤波电路，并与 5V 整流电路共享一个变压器的方案；少数发烧级电源采用独立的 3.3V 整流电路和滤波电路。由于 3.3V 输出常与 5V 输出共用，很多电源会在铭牌中注明 “3.3V 和 5V 联合输出”。
综上所述，开关电源在电子设备中具有重要地位，了解其工作原理和内部结构对于电子设备的设计、维护和优化具有重要意义。通过对开关电源各模块的深入分析，我们可以更好地选择和使用适合的电源，确保电子设备的稳定运行。
