PSU电源原理

一、介绍

PSU（Power Supply Unit，电源供应器）的核心原理是将市电（交流220V/110V）通过一系列电路转换、整流和稳压，输出电子设备（如电脑、服务器）所需的稳定低压直流电，为硬件（CPU、显卡、硬盘等）提供持续可靠的电力。

二、 核心功能与转换逻辑

PSU本质是一款“开关电源”（主流技术），核心解决两大问题：一是将市电的高压交流电（AC）转为低压直流电（DC）（适配硬件需求，如电脑需12V、5V、3.3V）；二是通过稳压、滤波等手段，确保输出电压稳定、无杂波，避免硬件因电压波动损坏。

2. 工作流程（6步完成电力转换）

从市电输入到直流输出，PSU的核心工作步骤可分为以下6步，形成完整的“AC-DC转换链”：

1. 输入滤波（抗干扰）

市电中含有高频杂波（如电网干扰、其他电器辐射），通过EMI滤波器（电感、电容组成）滤除杂波，同时防止PSU自身的干扰反向传入电网，保证输入电压“干净”。

2. 整流（AC转高压DC）

通过整流桥（4个二极管组成）将交流电（正负交替）转为单向脉动的直流电，再经大容量电容滤波，输出约300V的高压直流电（适配220V市电）。

3. 功率因数校正（PFC）

这是提升电源效率和合规性的关键步骤。

- 作用：减少电网电流与电压的相位差，避免电能浪费（若未校正，PSU实际消耗的电能远高于输出给硬件的电能）。

- 主流方案：主动式PFC（通过芯片控制开关管，功率因数可达0.95以上，效率高）；老式电源可能用被动式PFC（仅靠电感，效率较低）。

4. 逆变（高压DC转高频AC）

由PWM控制芯片（脉冲宽度调制芯片）驱动开关管（MOSFET），将300V高压直流电“斩波”为高频交流电（频率通常为50kHz-1MHz）。高频化能让后续的变压器体积更小（节省电源空间），同时提升转换效率。

5. 变压与二次整流（高频AC转低压DC）

- 变压：高频交流电通过高频变压器（核心部件），根据硬件需求降压（如将300V高频AC转为12V、5V、3.3V的高频AC）。

- 二次整流：通过输出整流管（如肖特基二极管）将降压后的高频交流电再次转为低压脉动直流电。

6. 稳压与滤波（输出纯净DC）

最后通过电容、电感组成的滤波电路，滤除脉动直流电中的杂波，同时由反馈电路（如电压采样电阻）实时检测输出电压，将信号反馈给PWM芯片，动态调整开关管的开关频率，确保输出电压稳定在±5%的误差范围内（如12V输出稳定在11.4V-12.6V之间）。

三、 核心组成部件

- EMI滤波器：负责第一步“输入滤波”，抗干扰。

- 整流桥+滤波电容：负责第二步“整流”，将AC转为高压DC。

- PFC电路（电感+开关管+芯片）：负责第三步“功率因数校正”，提升效率。

- PWM控制芯片+开关管：负责第四步“逆变”，驱动高频转换。

- 高频变压器：负责第五步“变压”，实现高压到低压的转换。

- 输出整流管+滤波电容/电感：负责第五、六步“二次整流+稳压滤波”，输出纯净低压DC。

- 保护电路：内置过压、过流、短路、过温保护，当输入电压异常或硬件短路时，立即切断输出，保护PSU和设备安全。

四、 核心特点

为何选择开关电源型PSU？

- 高效率：高频开关转换减少了能量损耗（效率通常为80%-95%，通过80PLUS认证的电源效率更高），远优于老式线性电源。

- 小体积：高频变压器体积远小于低频变压器，让PSU能适配电脑机箱等紧凑空间。

- 宽电压适配：多数主流PSU支持100V-240V宽幅输入，可在不同国家/地区的电网中使用。