PC运行稳定的关键因素:PC电源的EMI滤波电路

2019-01-29 13:10:44 来源:网络
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对于PC硬件产品比较了解的玩家都知道,板卡产品的供电电路上都有着各种输入和输出滤波元件,一般是由电容和电感组成,为的就是给CPU以及GPU提供稳定和纯净电流。而从整台PC的角度来说,PC电源的作用其实与板卡上的供电电路相同,只是它的服务对象更多,直接从PC电源取电的元件就有主板、显卡、硬盘等硬件,因此PC电源输出的电流是否足够稳定和纯净,就可以说是整台PC是否稳定工作的关键。

 

 


EMI滤波电路不仅仅是PC电源的输入滤波电路

因此在PC电源也有着属于自己的输入和输出滤波电路,其中输出滤波电路主要由电容和电感组成,作用与板卡上的输出滤波电路没有本质的区别;而PC电源的输入滤波电路也叫做EMI滤波电路,它的组成和作用比起板卡上的要更为复杂一些,其甚至可以说是整台PC是否稳定工作的一个关键,因此关于PC电源EMI滤波电路的那些事,很是值得我们说一说。

 

什么是EMI滤波电路?

要了解EMI滤波电路,我们就要从“什么是EMI”开始。EMI的全称为Electromagnetic  Interference,即电磁干扰,它会伴随着电压、电流的作用而产生,可以沿着电路或者空气等介质进行传导,是一种对周边电子设备、电子系统甚至生物或其它物质是产生不良影响的电磁现象,因此EMI对我们PC硬件的稳定工作甚至是对我们个人的身体健康都有着很大的关系。

 

PC电源上的EMI滤波电路

而EMI滤波电路就为了消除EMI而存在,它主要是利用电感元件和电容元件的特性来滤除在电力或者电子系统产生的信号-信号、电源-电源、信号-电源和电源-信号之间产生的EMI,确保整个电力或电子系统运转顺利的同时,不对外发出有害的电磁干扰,简单来说就跟我们常见的空气滤清器、鱼缸水过滤器等作用类似。

 

对于PC电源来说,EMI滤波器是市电进入电源之后的首先经过的电路,其主要作用就是阻碍电网到电源以及电源到电网的EMI干扰,同时也可以起到抑制突波、保护电源的作用,是PC电源不可或缺的组成部分。

 

EMI滤波电路主要由哪些元件组成?

PC电源中的EMI滤波电路可以分为一级EMI滤波电路以及二级EMI滤波电路,也就是我们常说的“一级EMI”和“二级EMI”,其中前者一般放置在电源上的AC输入插座上,有直接把元件焊接在插座上的,也有制作成独立PCB再与插座连接的;而后者在多数是放置在PC电源的主PCB上,元件相比一级EMI滤波电路更多,同时也是电源保护系统的重要组成部分。

 

海韵X-650电源的一级EMI与二级EMI电路组成

当然并不是所有电源都会明显地区分“一级EMI”以及“二级EMI”,也有不少产品是把两者都整合到主PCB上的,不过目前大部分的产品还是会采用分离式的设计,这样既可以确保EMI滤波电路能够完全发挥作用,同时电源主PCB的布局也不会过于拥挤。

 

PC电源的一级EMI滤波电路主要由X电容Y电容组成,X电容和Y电容都属于安规电容,其中X电容并接在火线和零线之间,块头通常比较大,负责滤除差模干扰;而Y电容则是在火线与地线之间以及零线与地线之间并接的电容,通常以成对的形式出现,负责滤除共模干扰。

 

大部分的PC电源在都会采用一个X电容和一对Y电容组成一级EMI滤波电路,基本上这个属于主流的标准配置。而有部分产品会在这个基础上加入共模电感以增强EMI滤波作用,高端PC电源甚至会在这样的基础上增加接地金属罩以加强对EMI的防护效果,如海韵X-650电源就采用了类似这样的一级EMI滤波电路。

海韵X-650电源的二级EMI滤波电路组成

PC电源的二级EMI滤波电路则是在一级EMI滤波电路的基础上增添更多元件而来,除了X电容和Y电容外还会有共模电感和差模电感。共模电感(Common Mode Choke) 是拥有两个绕组的线圈,即上图中绿色磁环的电感线圈,其主要作用是抑制市电输入中的共模干扰,同时也抑制电源本身的共模干扰对外泄漏;而差模电感(DifferenTIal Mode Choke) 则是单个绕组的电感线圈,及上图中的黑色磁环线圈,其主要用于抑制市电输出中的差模干扰。

 

当然二级EMI滤波电路的组成往往不止如此,以海韵X-650电源的二级EMI滤波电路为例,其差模电感的旁边有一个使用热缩套包裹的两脚直插元件,被称为MOV,即金属氧化物压敏电阻(Metal Oxide Varistor),它可以抑制输入电压的尖峰,可以起到防止输入电压过高以及雷击保护的作用。

 

此外NTC即热敏电阻(NegaTIve Temperature CoeffiCient Resistor)也是二级EMI滤波电路中的常见的元件 ,就是海韵X-650电源的二级EMI电路中位于共模电感旁边、采用热缩套包裹的墨绿色元件,具有常温下高电阻、随着自身温度提升阻值迅速减小的特性,电源在刚通电的时候NTC的温度往往与室温相当,自身呈高阻值, 可以限制电源主电容充电形成的冲击电流。

 

由于NTC本质上是一个电阻,因此其多少会形成不必要的电流消耗,从而影响电源的转换效率。不过其在电源进入正常工作后,会因为自身通电而发热,随之阻值下降, 对电流的限制也会放宽,从而减少对电源效能的影响。不过部分追求高效率的电源会设法将NTC的影响降到最低,这就需要用到继电器了。

 

在海韵X-650电源的二级EMI滤波电路中,位于NTC隔壁的白色方块元件即为继电器。继电器一般并联在NTC热敏电阻上,在开机前处于断开状态,因此在电源通电时是NTC热敏电阻在工作;而当电源进入正常工作状态后,继电器启动并导通,从而短路NTC热敏电阻,此时NTC热敏电阻不再工作,不再 消耗电流,也就不再发热,重新回到高阻态的模式下。

 

继电器与NTC并联的设计可以在减少电流损耗的同时也提高 了PC电源的可靠性。对于追求效率的电源来说,NTC热敏电阻几瓦的损耗始终会降低电源的转换效率,而且对于关机后在短时间内再次开机的情况,如果没有继电器,处于高温下的NTC热敏电阻将无法发挥正常作用,因此继电器与NTC在高端电源中往往是配套使用,以达到“鱼与熊掌得兼”的效果。

 
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