电源内部

2019-03-22

电源内部

电源之所以难挑,就是因为他是一个黑盒子,零件全部在内部,有很多东西,比如输出稳定性、安全保护、用料等,在盒子外面是看不出来的。而且众所周知,还有虚标这个的问题。

首先220v的电进来会先经过一次emi滤波,由圆形的电容(Y电容)和方形的电容(X电容)组成,主要用途如名字,就是滤掉市电中的杂波。作为输入的第一道屏障来说是非常重要的。 根据电源的设计,这部分可能放放在主板上,也有可能和二次合并。到达主板之后会进行第二次滤波,一般由几个电感(线圈)方形电容圆形电容组成。一般来说零件越多是越好的。同样保险丝或者自动恢复保险丝也在这附近,不过不用太在意,因为emi明显比保险丝贵多了,山寨电源有见过省EMI的但是保险丝还是会有。然后要达到整流桥,将220V的交流电变为直流,方便后面处理。然后到达PFC,这个主要是减少电网的供电需求,PFC目前来说分两种,主动PFC和被动PFC。

被动PFC:
这个实际上就是一大块电感,然后用两根线接到主板上。国家3C认证的要求是主机电源不管被动还是主动,必须要有PFC。如果这玩意没有,那么说明这个电源八成就是作假实际上没过3C认证。更有严重的比如水泥PFC,那对于电源来说就是非常危险的。一般低于150块的全新电源用的都是被动PFC,因为这玩意制作成本较低,不需要芯片什么的,一个大线圈就行。

主动pfc:
比较明显确定的就是在EMI滤波和大大的主电源中间的PFC电感。但是怎么确定是PFC电感而不是EMI的电感呢?自然就是找整流桥了,除非特殊设计的奇葩电路,不然主动PFC会设置在整流桥的后面。

PFC再过来是主电容(也可以说是PFC电容),基本上电源内部最大的电容就是它了,根据电路设计会有一个或者多个主电容。它的作用一是滤波,二是把一定的电存起来,万一突然断电,它就持续供电一定的时候确保机器进行一些保护性的操作,也就是说前面的保持时间和他直接关联,容量过小的话保持时间自然达不到合格标准。电容主要分几个参数:耐压值、容量、耐高温。耐压如名字,能承认多大电压,我们市电是220v,但是滤波电容有个副作用会升压,实际上到达这里之后会变成300V多点(但是我没有找到任何资料说明主电容是专门为了升压而设置的),所以一般都会采用400V左右耐压的电容。容量指的是存电的量,一般来说450W的标准配置是270μf,600W大概450μf,到了850W、1000W以上,很多大牌子都是采用1W 1μf的配置。 按照比例算的话极限最低的数值是每瓦0.5μf,不过只要极个别电源这么低还能达标,实际要看电路设计,很多0.6μf / W都不一定能过关。于是0.5都达不到的基本要boom。耐高温,这个不用说也是越高越好,主要有105度和85度。主电容是看电源拆解最容易看清楚参数的,本身也有较高的成本,所以对于电源用料如何、有没缩水来说,是一个很有参考价值的地方。除了上面说的容量以外,电容由谁生产也很重要,基本上是日本电容 > 台湾电容 > 大陆电容。当然主电容不缩不代表其他地方不缩,只不过是这个最容易看而已。很多时候你好不容易找到拆解,会发现只有这一个东西能看清楚。对于多个电容的,会有并联和串联两种方式(实际上还是作为一个来用)。两电容并联耐压为两者中耐压最低的那个值,容量为二者之和。两电容串联耐压为两者之和,容量为两者的倒数和分之一,实际上,在这里要变压之前要先将直流重新打为高频脉冲电流,而且频率要比市电220V的60hz高很多。这一点是使用开关管来实现的,这也是它们的完整名字叫作“开关电源”的原因。

老式半桥:老式半桥的特征就是一大两小的三个变压器,是很老的一种电源结构,它的转换率不理想,但是生产简单,技术水平要求较低,成本也低,同时一般也会使用同样成本较低的被动PFC,或者因为出厂时间久远而没有PFC。自然也拿不到80plus认证。

单管正激和双管正激:
它们最明显特征就是一大一小两个变压器。其中单管正激和双管正激实际说的并不是电压器的数量,而是开关管。正是通过它(们)的通断来实际直流到高频的变化。双管要强于单管。开管关会锁在散热片上面。双管正激架构对比老式半桥有明显提升,一般都能拿到80plus铜牌,甚至好一点的都会有银牌,但是要做到更高的金牌和白金就比较困难。正激结构也用一种叫有源钳位正激 的“加强版,做到金牌以上效率也没问题,但是实际使用可能因为成本或者效率或者其他原因,现在只有比较少的电源使用。这种在外观上普通的双管正激是很像的,还以评测为准。

LLC半桥:
一大两小三个变压器,使用LLC半桥的电源很容易做到金牌以上的效率,LLC的弱点是动态性能不好,不过这几年随着技术发展,而且实际影响也不是那么大。在这方面正激结构反而有一定优势,所以做到高瓦数的正激结构也不是不可以的,LLC的外观和老式半桥有点像,不过使用这种结构的一般会和同步整流以及DC-DC配合这样的高配置,所以结合起来还是比较好判断的。

LLC全桥:
而LLC全桥因为结构复杂,基本上没几个电源在用,看起来和LLC半桥很难区分

最后就是输出部分。

这里有几个步骤要做。一是整流,之前在变压的时候的高频脉冲电流显然是不能供给硬件用的,需要重新变回直流。二是稳压,确保输出电压稳定。三是滤波,和前面主电容的功能一样,整流之后不够干净的电流需要重新过滤一次。他们的顺序根据结构会有些差异。整流目前主要是两种方案:

肖特基整流:
主要由锁在散热片上面的多枚肖特基二极管完成。

同步整流:
简单来讲可以认为就是MOS管代替肖特基管来整流,使用这种的主要目的是为了提升转换效率,肖特基管的电阻还是要高一些的。

这方面其实不用太在意,因为对于性能来说是直接体现在转换率上的,只要能达到金牌管他是啥了。另外一个部分就是稳压,目前主要有三个方案,单路磁放大、双路磁放大、DC-DC。这里要重点注意。

单路磁放大:
这个实际上就是将3.3V单独一路输出,特征是一小两大三个线圈。而12V和5V都是由PWM芯片来管理,所以瓦数大了之后交叉负载会非常差,比如12V高负载之后5V就会电压过高或者过低这样,有可能你单机玩的正爽突然间硬盘就挂了或者特别快出坏道。单路磁的极限基本是在500W这样。

双路磁放大:
这个就是将3.3v和5v都独立出来,稳定性对面上面的会更好一些,特征是两小三大 五个线圈。双路磁放大可以做到1000W以上,在dc-dc出来之前是高瓦数电源的标准方案。

DC-DC(直流转直流):
3.3v和5v都从12V转出来,这样12V可以做到最大,都是12V出来的,也不用担心交叉负载的问题了。特征是在输出侧会有一个竖起来的PCB版,上面有双线圈和一堆元件。

输出的最后一个工序就简单了
通过电容进行滤波,电容容量大、牌子好、数量多,那自然出来的纹波就小,电源使用寿命也长。这边只要确认产地即可,实际输出性能直接参考纹波方面的评测就好了。

总结:
无PFC / 假PFC < 被动PFC < 主动PFC
老式半桥 < 单管正激 < 双管正激 、LLC半桥/全桥 (效率成本动态响应等各方面互有胜负)
单路磁放大 < 双路磁放大 < DC-DC


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