36 V、10 A、360 W，或者继续了解电源的工作原理 + 一个小彩蛋

上次评测电源时，我谈到了如何选择合适的电源。说实话，我没想到这个话题会这么受关注。评论里，尤其是私信中，大家还问了我许多其他问题，比如选购时需要注意的细节、工作原理以及故障排查方法。
这篇评测中，我会尽量回答大部分问题，也可能会顺便引出一些新问题：）

先说说看，我最近的一个项目需要一台36 V、10 A的电源。准确地说，需要两台，所以我也订了两台。不过它们完全相同，因此这次只评测其中一台。
至于用来做什么，我暂时就不说了，还请见谅。不过这台电源我们会彻底拆开，看看里面的每个零件。

照例，先从包装说起。
电源送到时（外包装之外），装在普通的白色纸板箱里，箱子上没有任何标识，就是两个大纸箱。
外观看起来完全一样，不过要是它们不一样，我反倒会觉得奇怪：）


开关电源与使用50 Hz变压器的电源相比，主要区别在于体积。第二个区别是价格。
要达到这样的功率，50 Hz变压器的体积会大得多。虽然结构简单得多，但由于用铜和铁更多，价格也会更高。
此外，开关电源的效率更高，因此近年来应用越来越广泛。不过，“铁芯”变压器的可靠性更高。
但要注意，品牌电源通常结构更复杂、价格也更高，因为它们采用了优质元器件，还配有电源滤波器、功率因数校正电路等。因此，人们往往会选择小型中国厂商生产的简单款。
这篇评测要看的就是这样一台电源。
之前我们评测的都是小功率电源，这次我来介绍一款功率相当大的型号，额定功率为360 W。不过和800～2000 W的电源相比，它看起来还是个“小家伙”。

如前所述，开关电源通常体积不大。
这台电源的高度大约和一盒火柴差不多，只有49 mm。长度为215 mm，宽度为114 mm。


外壳的一侧标有型号和参数：
S-360-36
电源功率：360 W
输出电压：36 V
最大输出电流：10 A
输入电压：110/220 V ±15%

另一侧有一个输入电压范围切换开关。在我们这里，这个开关既用不上，甚至还有危险：如果切到110 V档，再接入标准的220～230 V电网，很可能会听到一声巨响。
我维修这类电源时，通常会直接把这个开关剪掉，纯粹是为了安全。


外壳顶部装有一个小风扇。到了这种功率，电源已经很少采用被动散热了。我只见过几次这类产品，但由于结构复杂，价格都非常高，所以也很少见。
旁边的文字说明，风扇会根据温度自动启停。
先提前透露一下：其实根本没有什么自动控制。空载时风扇转得很慢，但只要给电源稍微加一点负载，转速就会立刻升到正常水平，完全不管温度如何。


在上一篇评测中我写过，额定输出电流较大的电源通常会为负载连接端子分设接线柱。这款电源也是如此，正极和负极各有三个接线柱。
输入端子是标准配置——火线、零线和地线。
左侧还装有电源工作指示灯和用于微调输出电压的电位器。


接线端子排带有保护盖，可以打开到90度，合上后会卡住。


我有个习惯：第一次通电前先拆开电源检查。我这么做是为了安全，毕竟遇到过各种情况。
这款电源内部看起来一切正常，只有一个小问题我一眼就注意到了。输出电感体积较大，几乎碰到上盖，这不太安全。当然不会电死人，但可能会损坏电源。我建议在电感和上盖之间加一层绝缘材料。很多廉价电源都有这个问题，所以这不算是这款电源独有的缺陷。


如前所述，这款电源通过一只小风扇散热。
从标注来看，风扇尺寸为60×15 mm，也就是长和宽均为60 mm，厚度为15 mm。
风扇额定电压为12 V。遗憾的是，这里用的是一只廉价风扇，而且采用滑动轴承。如果你打算把这类电源用在某个地方，为了长期稳定运行，我建议换成更靠谱的风扇。
我以前在评测中也提过，我最常用的是Sunon风扇。在我看来，它们的品质和可靠性都相当不错。
值得肯定的是，这款电源里的风扇噪声很小，这一点非常好。


功率半导体通过小型导热垫片固定在电源的铝制外壳上。
我不太喜欢这种固定半导体的方式，不过几乎所有厂家都这么做。比如Mean Well的电源，晶体管也是这样固定的，只不过出于安全考虑，外面还套了一个橡胶帽。
由于这款电源采用双管正激拓扑，因此有两只高压晶体管，而不是一只。
输出二极管只有一只，不过电路板上留有安装第二只二极管的位置，可以与第一只并联。针对较低电压、较大电流设计的电源会安装第二只。不过这里也可以加装一只，但这更像是改装，是否值得这么做，还得看测量结果。


检查完毕，通电后做个简单测试。
这次测试的目的是确认输出电压的调节范围，并把电源的输出电压调到额定值，或者调到需要的数值。
1. 电源接通时，输出电压显示为36.8 V。
2. 可调到的最低电压是34.53 V。我原以为最低值会更低，按我的用途还得改造一下。
3. 最高值倒是让我大吃一惊。调节时甚至有点心里发毛。额定电压是36 V，最高却能调到52.3 V。我还以为电源会趁我拍照时直接报废，不过最后一切正常。虽然我不建议把输出电压调到这么高，通常认为在额定值±10%以内才算正常。
4. 把输出调到36 V。从调节范围就能看出，调节精度很粗，所以我费了好一番工夫才把电压调到正好36 V。不过实际使用中没这个必要，这么做只是为了评测：）


继续拆解电源。
晶体管和散热片贴得相当牢，我不想硬把它们撬下来，于是连散热片也一起拧下来了：）


电路板没什么特别值得挑剔的，就是普通的廉价做工。见过更差的，也见过更好的，按五分制打3分。
不过还是发现了一处缺陷：变压器的一个引脚焊得不太好。这里虚焊倒不至于造成什么严重后果，但还是让人有点失望。
流过较大电流的走线都额外镀了一层焊锡。


当然，我也画出了这台电源的电路图。我画图只是为了评测，因为我很熟悉这类电源的电路设计，平时通常不需要看电路图。不过这张图或许对某些人有用，因为大多数同功率电源都采用这种电路，只是略有差异。
虽然我对这类电路很熟悉，但对着电路板重新画图并不方便，花的时间也比预想的多。
这张电路图基本沿用了经典电脑电源的设计。实践证明，这种电源也很容易维修。
图中有一个用于测量电流的分流电阻，标称阻值为0.1 Ω，但实际测量时，它看起来更像是一段导线。


接下来，我想简单讲讲这类电源的工作原理，毕竟其中许多电路单元几乎是所有开关电源的标配。
这张框图标出了开关电源的主要单元。不过现在，振荡器和控制电路通常集成在同一颗芯片里，有时芯片还集成了一个高压晶体管。
有些开关电源会在输入端加入功率因数校正电路。大功率电源如果要符合欧洲标准，这个电路就是必需的。不过这部分我改天再讲，因为廉价电源里几乎看不到它。


接下来我会以这张框图为基础介绍这款电源，不过首先先讲一点开关电源工作过程的基础知识。
开关电源工作的关键是PWM稳压原理。需要说明的是，确实也有不采用这种方式的开关电源，但它们没有稳压功能，也就是说，输出电压会随负载功率和输入电压变化。
PWM调节就是改变开关元件导通时间与关断时间的比例。
画成波形图，大致是这样：


如果用“大白话”来讲，我最近刚在私信里解释过这种稳压原理，现在试着在这里再讲一遍。
很多人应该都记得这类题：一根管子以每分钟X升的速度往泳池里注水，另一根管子以每分钟Y升的速度往外排水。
我就用这个原理来解释它是怎么工作的。

首先设想有一个很大的容器（电网）、一个小容器（电源输出滤波电容），以及一些把水从一处送到另一处的小玩意儿。
桶上装着一个水龙头，水从这里流向用水端，也就是能量流向负载。
我们每分钟只能给桶补水一定次数（也有其他方案，不过暂且不谈），比如100次。
我们的任务是让桶里的水位始终保持不变。
既然每分钟只能补水一定次数，那每次补水量就得有所不同。
比如用水量很小，普通杯子就够了；如果水龙头开到最大，那就得用水桶。
在PWM调节中，这就意味着功率开关元件的导通脉宽变窄或变宽。
如果水龙头关着，我们就用顶针给桶补水，毕竟还有蒸发（漏电、反馈回路负载等）需要补偿嘛 :)

控制器通过反馈电路监测电源输出电压，并调节传递给负载的功率，使电源输出电压保持不变。
顺便说一句，用这种方法可以对任何参数进行反馈控制。
例如，在LED驱动器中，控制器监测的是电流。
也可以监测温度并调节风扇转速，监测照度并调节灯泡亮度，等等。

这张图展示了：
1. 变压器回路中的电流（示意）
2. 开关晶体管的控制信号
3. 输出电容上的电压。


开关电源有很多种拓扑结构，我画了几种最常见的。
简单介绍一下。
1. 反激式变换器。适用于需要较宽输入电压范围、功率较小（最高约100-150 W）的场合。你的平板电脑或显示器电源很可能就采用了这种电路。
2. 半桥变换器。这也是非常常见的电路结构。我想说，95%的电脑电源都采用这种结构，应该不会太离谱。它的优点是电路结构相对简单，却能提供较大功率；而且变压器尺寸更小，因为与第一种方案不同，这种结构使用的变压器没有气隙。
3. 推挽变换器（PushPull）。这种电路在市电输入的电源中极少使用，不过在廉价UPS的逆变器中应用很广。
4. 全桥变换器。可以说是半桥的“增强版”。优点是功率更大，流过功率开关的电流比半桥低一半。
这种电路也用于结构更复杂的UPS中。

此外还有几种拓扑结构，不过它们都是上述结构的衍生形式，应用也不太广泛，所以本文就不介绍了。


这次我还画了这款电源的彩色电路图，用不同颜色标出了前面提到的主要部分。
正如我之前所说，有些颜色我不太会准确描述，所以会再作说明。
红色——输入滤波器、整流桥和功率级。
红紫色（左下方）——逆变器功率晶体管驱动电路。
绿色——PWM控制芯片及其外围电路。
蓝色——输出整流器、电感和滤波电容。
浅蓝色——输出电流检测电路。
紫色——输出电压检测电路。
黄橙色——输出电压下降时用于锁止变换器的电路。

这张电路图里没有以往所有电路图中都有的那个常见元件——光耦。原因是这里的PWM控制器由输出电压供电。电源的初始启动靠R8和R14两个电阻完成。这种设计曾用于AT标准的电脑电源；ATX标准出现后，控制器改由待机电源供电，这两个电阻也就从电路中去掉了。


接下来，我会结合一款具体的电源，展示其中大部分电路和元件。
先从输入滤波器说起。
这款电源配有输入滤波器，这已经不错了，因为廉价电脑电源往往只用跳线代替；而高端产品的滤波器则可能有多级。它采用的是介于两者之间的方案。


电源输入端装有保险丝和浪涌电流限制器——NTC热敏电阻（热敏电阻器）。
此外还装有一颗X2电容，用于减少电源向电网传导的干扰。


共模电感采用较粗的导线绕制，不过以这个功率来说，尺寸本来还可以做得更大一些。
输入整流桥KBU808的额定参数为8 A、800 V。


电源滤波电路中既有Y电容，也有一颗普通的高压电容。
不过在这里，用普通高压电容代替Y电容是安全的：如果电源没有接地，即使电容击穿，电源输出端仍会通过Y电容连接；如果电源接了地，那就更不会有问题了：）


输入滤波电容标注为680 µF×250 V。
如果标注属实，那么它们的容量基本够用，耐压值甚至还留有余量。


但实际情况有些出入，电容总容量只有437 µF，串联后总容量约为220 µF。偏小，不过原则上还算能接受。
容量更大，电容寿命更长、纹波更小，而且还能增加输入电压降低时的余量。
我想以后把它们换成好一些的电容，但目前还没找到合适的。这些电容高度为35 mm，最多可以试着装40 mm高的，而我找到的大多数电容高度都是45 mm。
电路板上预留了更大直径电容的位置，所以“继续找找看”吧 :)


PWM控制器和逆变器部分。
PWM控制器采用了“经典款”KA7500，它几乎完全兼容TL494，后者大概是最常见的PWM控制器，能在知名度上与之匹敌的恐怕只有uc384x。
逆变器功率开关管是MJE13009


遗憾的是，导热板没有涂导热膏就直接压在外壳上。测试表明这不会造成问题，不过为了让自己安心，我还是会涂上导热膏。


输出变压器、整流器和滤波电容部分。


输出二极管是SF3006PT，这是一只30 A、400 V的二极管，对这台10 A电源来说绰绰有余。
正如我前面所说，旁边还预留了第二只二极管的位置，所以原则上可以稍微提升一下性能，但实际上效率提升微乎其微。


输出电感。
它在这里的作用与反激式电源中的电感略有不同，因此尺寸也大得多。我只能说，它的尺寸与电源标称功率相符。除了高度之外，没有其他意见。
输出滤波电容。
厂家装了三只1000 µF、63 V的电容。
我通常会说，输出电容的容量应按每1 A输出电流配1000 µF来选。双管正激电源的要求没那么严格，甚至连大品牌在这种电流下也会采用相同（有时甚至更小）的容量。不过替它们说句公道话，品牌电源用的电容质量更好。
照片里还拍到了电流采样电阻，可以看到，大电流版本还预留了额外采样电阻的位置。


这里的容量没问题，基本符合标称值。


检查完后，我把所有东西都装回去了，只是没有拧上顶盖，然后开始进行带载测试。
测试台还是和前几次一样，由以下设备组成：
电子负载
万用表
非接触式测温仪
示波器
笔和纸 :)

不过这次我不得不拆下电子负载的顶盖，因为担心它在这么大的功率下会过热。
测试过程基本和前几次一样，唯一不同的是，为了测温，我得随时拆下顶盖。因此，部分测得的温度会略微偏高，因为电源在没有强制散热的情况下会稍微升温。


1. 空载状态，电压设为36.03 V，几乎没有纹波。
2. 负载电流为2 A，电压略有上升，达到36.06 V，纹波正常。


1. 负载电流为4 A，输出电压又升高了一点，纹波正常。
2. 负载电流为6 A，输出电压为36.09 V，结果非常好，纹波只有50 mV。


1. 负载电流为8 A，输出电压几乎没有变化，纹波升至75 mV，但对于这样的电流来说仍然很低。
2. 负载电流为10 A，输出电压升至36.12 V，结果很出色，相比初始值只变化了0.3%。纹波升至100 mV，在我看来没什么大不了的，尤其考虑到电源输出功率为360 W，100 mV仅为0.25%～0.3%。
举例来说，如果这是一个12 V电源，那么对应的纹波就是30 mV。
遗憾的是，最后一项测试只持续了15～16分钟，而我通常会测20分钟。电子负载触发了过热保护，切断了负载 :(


让负载稍微冷却了一会儿后，我决定做个实验继续测试，不过这次电流设为12 A。既然要测，就测个痛快 :)
我决定做这个实验，是因为电源各元件的温度离最高温度还差得很远。
可惜电源这样运行最多一分钟。我拍了照片，也截取了示波器波形，随后听到一声很轻的咔哒声（不过在负载风扇的呼啸声中，可能也没那么轻），功率开关附近闪了一下小火花，电源就没动静了 :(
不过我有点怀疑是电子负载的问题：在某种情况下，它过热时可能会把电源输出短路（如果先触发的是装有电流传感器的散热器上的保护）。虽然它不可能在一分钟内升到那么高的温度，但无论如何，电源还是没扛住 :(


电源损坏前的示波器波形。
可以看到，纹波电压完全在正常范围内。不过，更高频的纹波让我有些担心，它们很可能是功率回路中的“振铃”造成的。在我看来，这可能是导致电源损坏的原因之一，但我不敢断言。


热运行状态测试和往常一样：预热20分钟，测量温度，电流提高一档，依此类推。
结果可以从表格中看出来。最上面一行数字是空载时的温度测量值，顺便我还检查了温度计在不同元件上显示的数值是否一致。


作为一个小彩蛋，我简单介绍一下这台电源的故障排查和维修方法，以及大多数其他故障的基本排查思路。

总结。
优点
电源达到了标称功率
工作温度正常
纹波较小
输入端配有正常的220 V滤波器
输出电压稳定性出色
可维修性良好

缺点
过载或短路时可靠性存在问题
输入滤波电容的容量偏低
没有标称的风扇自动控制功能。
输出电容质量较差

我的看法。电源坏掉这件事让我很失望，虽然故障发生时的功率超过了标称值，但这说明它没有过载保护，或者过载保护工作不正常。不过，电源的温度表现倒是让我很满意，即使在最大功率下，各个元件也没有过热。只是排出的空气带有一点元件受热后的气味，不过这在新电源中很常见。
虽然我把这台电源烧坏了，但还是可以说它的潜力不错，只要不让它过载，就能正常工作。这主要得益于这套电路设计已经相当成熟，想在这里搞砸都不容易，尽管可靠性问题还是暴露出来了 :(
以后我打算稍微改进一下，希望不久之后大家就能在我的一款新设备中看到它（更准确地说，是它们）。我正在慢慢准备那款设备的评测，届时也会介绍改进内容。

这篇评测里可能有一些错误，如果发现了请告诉我，我会视情况修正或补充。
所有维修相关信息都基于我的个人经验。实际上，故障原因和判断方法远比我写的多，但要全部讲清楚实在太难了，文章也会变得非常非常长。
希望至少有一部分读者能从中找到他们曾经问过我的问题的答案。

商家给这款电源打了折，原价30.2美元，未来一周内售价为26.99美元。

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