今天讲的问题很常见,是很多人会问的问题,主要是电源在开关机的时候为什么会有“咔哒声”,是不是电源坏了。

随手抓一颗振华Leadex G电源录个演示视频,用开机检测工具短接PS-On和GND的方式离机启动,启动的瞬间会有“咔”一声(说“哒”一声也行),电源正常启动,随后模组线的灯亮起,我再撤掉短接工具,会再有“噔”一声。

 

先说结论,“咔哒声”和“噔”一声分别发生在电源开机、关机的过程中,是电源内部一个叫电磁继电器(Relay)的机械元件工作时发出的声音,是正常的现象,不是电源坏了。初中物理课应该有继电器的相关内容,它是一种电控制的开关,用一组电路来控制另外一组电路的开合。有时候因为开机按钮、开机时机箱内其他机械部件的动作声音较大,可能会把“咔哒声”覆盖过去,只听到关机的“噔”一声。

继电器几乎是中高端电源标配的元件,低端电源基本没有这一元件。可以说,有无继电器是区分中高端电源和低端电源的一条分割线。

好了,简单的结论就到这里,以下是这一现象的深入分析、介绍,附加简单的案例分析。

 

电源在接通AC交流电的瞬间,由于对PFC电容进行迅速充电,该电流的峰值要远大于正常电源工作状态下的输入电流,达到上百安培级别,这一巨大的瞬时电流,被称之为“浪涌电流(Inrush Current)”。对电源本身而言,过大的浪涌电流可能会损坏保险管、共模电感、差模电感、NTC热敏电阻、整流桥、AC开关等器件。

比如,海盗船2015年的旧版本RM系列的NTC热敏电阻取值偏小,有过一段时间出现炸NTC热敏电阻的案例,在网友口中的说法就是“绿色的元器件炸了电源还能开机”,在2018版的RM系列中海盗船修复了这一问题。

对外部前端的线路也有影响,过大的浪涌电流可能会造成断路器或者空气开关跳闸,设想一下启动一台电脑造成全家跳闸是一个严重的事故。所以浪涌电流的数值是越小越好的。

极电魔方的电源测试项目4-8-1就是对电源的浪涌电流进行测量,测试条件为电源满载开机、交流264Vac 63Hz输入的极限开机状态下的输入浪涌电流。测试过程中,浪涌电流产生的全部热能I²t应该小于电源高压侧的浪涌抑制元件所能承受的I²t参数,浪涌抑制元件必须不能熔断,电源必须可以正常开机运行。

为了降低开机时浪涌电流的大小,电路设计中有很多种办法,比如加电阻,加软启动电路,加继电器电路等办法。常见的办法是加一个NTC热敏电阻,在中低端电源里面是常见的做法。

NTC负温度系数的热敏电阻(Negative Temperature CoeffiCient Resistor)具有常温下高电阻、高温下阻值迅速减小的性质。刚通电时,NTC热敏电阻呈高阻值,限制了大电容充电造成的浪涌电流,在电源正常工作时随着电阻发热,阻值下降到很低,减少对电路工作的影响。

然而对于追求极致效率的电源来说,NTC热敏电阻带来的几瓦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,处于高温下的NTC热敏电阻无法挥发其正常作用,所以在电路上的这个地方使用了一个电磁继电器(Relay)。

如下图,黑色小方块为电磁继电器,绿皮的立式元器件为NTC热敏电阻。

继电器在开机前断开,NTC热敏电阻处于接入电路的状态,开机主电容充电,NTC热敏电阻完成限制浪涌电流的任务,开机动作完成之后,继电器吸合,将NTC热敏电阻旁路掉(Bypass),发出第一声“咔哒”声,此时NTC热敏电阻不再工作,不再发热,便于冷却之后第二次冷启动时NTC热敏电阻可以高阻态的形式工作,这一个设计减少损耗的同时也提高了电路的可靠性。关机时继电器断开,NTC热敏电阻再一次接入电路,这个时候继电器断开,发出第二声“噔”。

由于是电磁机械结构的器件,继电器工作时会有“咔哒”、“噔”的吸合声。经常会有用户误认为这种声响是电源内部出现的故障异响。不同继电器个体的吸合动作声音也不尽相同,这并不影响电路的正常工作。

另外补充一下,用电磁继电器旁路掉NTC热敏电阻这一电路的设计专利似乎是归属光宝科技Liteon的,其他的电源厂家使用这一技术是要交授权费用的。基于成本和实际电路设计需求两方面,也有一部分电源厂家没有给电路加装电磁继电器,比如海盗船小瓦数的RM650x 2018就没有继电器,至少我在X东购买用于评测的样本是没有这一元件的,浪涌电流也不至于过大,极限条件下测得103.12A,成绩中上,测试还是PASS的,但是整体效率会牺牲一点,反正能过金牌线就没问题是吧。

还有一部分的厂家连NTC热敏电阻都没给,比如我测过的台达NX350主电容比较小,浪涌电流也不会太大,就连NTC热敏电阻都没给,测出来极限值是65.3A,不算大,只要浪涌电流不大都是没有问题的。