1.4 ATX电源主板上的变压器

打开ATX电源外壳之后，通过观察，除能够发现ATX电源电路板上存在数量众多的基本元件及若干芯片外，最引人注目的就是外形与体积均与基本元件和芯片有显著不同的数个变压器。顾名思义，变压器在ATX进行AC/DC换能过程中起着变压的作用。

考虑到交流市电220V为较高的电压，而ATX电源的各组输出最高为12V、最低为-12V，可以推定ATX电源所使用的变压器一定是一种降压变压器。

ATX电源中的变压器并不是一种普通的变压器，而是开关变压器。与开关变压器相对的是交流变压器，本书不再赘述。

读者应当首先拆解若干数量的ATX电源实物，通过归纳后可以发现：在任何ATX电源电路板上都安装有2～3个变压器，它们大小各异，自然也应当具有不同的功能。其中最大的一个，本书称之为“主变压器”，其他变压器都是直接或间接为主变压器服务的。

总体来说，ATX电源主变压器的性能与其长度（和高度）密切相关，如图1-3所示。

图1-3中的主开关变压器来自一个单管正激拓扑的山寨开关电源。其型号标注为EI-33A，其中的33表示其磁芯的长度为33mm。既然变压器在其型号中常常包含磁芯以毫米记的长度数字，可见，变压器的长度数据应该可以用来总体衡量一个变压器的性能。

这其实是非常容易理解的。要理解这个问题，还需要从变压器的功能（能量转换）本质出发。如果磁芯的长度大（总的体积与长度有相关性），就意味着在“电生磁”的过程中更大的磁芯可以容纳更多的磁场能。换个表达方式，即随着磁芯的增大，在单个振荡周期中，可以有更多电能经变压器转换为磁场能并继续向后级输送——变压器能量转换的能力得到了提高。而体现到最后的结果上，就是在ATX电源输出端子处能够输出更大的电能（电流）——整个电源的输出功率得到了提高。

这就是通过观察主变压器的外形尺寸就可以比较可靠地判断具体ATX电源真实输出功率的根本原因。无法想象，一个标称为450W输出功率的电源却使用了一个长度为33mm的主变压器，这是山寨电源的最常见的虚标造假手段。

变压器在ATX电源中起着承前启后的作用。从初级绕组输入的电能会转化为磁场能储存在磁芯中。储存在变压器磁芯中的磁场能需要在一个“合适”的时候经变压器的次级绕组输出至后级的整流电路。那么什么是“合适”的时候呢？我们通过现实生活中的例子来分析一下这个问题。

例1-1 水库蓄能发电

水库中蓄有一定的水后，就可以开始发电。而与此同时，上游的来水可以继续流入水库中积蓄起来。这意味着对于承上启下的水库而言，在有输入（上游来水）的同时也是有输出（发电）的。

例1-2 充电电池的充放电

当充电电池的电量耗光之后，需要充电。而只有充完电后，才能将其安装到设备中为设备提供正常工作的电能。这意味着对于承上启下的充电电池而言，在有输入（充电）的同时，是不能有输出（放电）的。读者可能要反问，为什么很多使用电池的设备可以在充电的同时正常使用呢（如笔记本电脑）？这实际上是一个假象，因为此刻为设备提供正常工作电能的是交流市电220V，而非充电电池。

那么，开关变压器究竟是跟水库蓄能发电一样，可以在充能的同时经次级绕组输出电能，还是跟充电电池的充放电一样，在充能完成之后才能经次级绕组输出电能呢？答案是：都可以，只要避免开关变压器的磁芯过饱和即可。

对于在初级绕组充能的同时还通过次级绕组输出电能的变压器换能过程而言，称之为“正激”（类比为水库蓄能发电）。对于在初级绕组充能完毕之后再通过次级绕组输出电能的变压器换能过程而言，称之为“反激”（类比为充电电池先充电再放电）。

可见，“正激”和“反激”实际上并不是根据能量的传递方向（任何开关电源的方向都是固定的，从初级绕组传递至次级绕组）做出的区分标准，而是根据能量的传递时间做出的区分标准。因此，正激和反激在本质上是个能量储存、传递（释放）有关的时间概念。

对于“单管正激”和“双管正激”的ATX电源而言，其主开关变压器在初级绕组充能的同时，就已经开始通过次级绕组对后续的整流电路输出电能了。这就是“单管正激”和“双管正激”中“正激”的含义。

“反激”适合于功率较小的应用，而“正激”更适合于功率较大的应用。在ATX电源中，辅助电源的功率较小，基本都采用“反激”，而主电源的功率较大，基本都使用“正激”。虽然在“双管半桥”拓扑中没有“正激”的字样，但它实际上也是“正激”的一种。

常见主变压器的次级绕组在电路板一侧的焊盘（非引脚）数目具有“2+2+1”的结构。这是由主变压器的实际输出路数所决定的。

主变压器的输出路数是指其物理输出路数（次级绕组的数目），有几路输出就对应两倍的绕组数目。对于绝大多数ATX电源而言，ATX3.3V实际上与ATX5V这两路低压输出公用主变压器的同一路物理输出（次级绕组），加上ATX12V对应的一路物理输出（次级绕组），主变压器实际上有两对（每路一对），共4个次级绕组。这4个次级绕组的另一端则并联在一起，成为ATX电源低压输出侧的地（这是ATX电源低压侧“输出地”的原始起点）。

有的主变压器的地以单独引出的粗电缆的形式（像一个小尾巴）出现，如图1-4所示。该小尾巴对应电路板上最大的一个焊孔，很容易通过肉眼分辨。

有的主变压器没有小尾巴，而是把地做到了变压器底部的引脚上（通常是2个引脚，在焊盘一侧使用同一块布线）。这样做的好处是显而易见的，它减小了变压器的体积，有利于电源整体体积的小型化。实际上，在小体积开关电源中（如笔记本电脑的适配器），均采用这种结构的开关变压器。

接下来，我们计算一下主变压器次级绕组一侧应该具有的引脚数目。

（1）ATX5V的次级绕组：2个引脚。

（2）ATX12V的次级绕组：2个引脚。

（3）4个绕组另一端并联后得到的地：小尾巴（记为1个）或2个引脚（在焊盘一侧使用同一块布线）。

对应的，在ATX电源电路板焊盘处也应该有4个独立的焊盘（编号1～4）和地的焊盘。如图1-5所示的地是以小尾巴的形式出现的（注意图中最大的那个圆孔），如图1-6所示的地是以变压器引脚的形式出现的。

我们再来看一个不一样的电源实物，如图1-7所示。

图1-7中的ATX电源使用的是带有“小尾巴”的主变压器，其次级绕组一共有6个引脚而非常见的4个。继续观察6个引脚的布线，会发现它们分别接至3个整流二极管的负极。这说明此ATX电源的ATX3.3V输出并没有与ATX5V的输出公用一组次级绕组，是独立的输出。而且，此电源只有一个“大水泡”，没有ATX3.3V对应的磁放大稳压电路中的两个电感。这两个事实都毫无疑问地证明其ATX3.3V为独立输出。