[心得] 近期电源常见术语及结构说明

楼主: wolflsi (港都狼仔)   2017-09-24 12:39:48
最近市场上电源有几个常见术语及结构,这篇文章在下提供简单的解释
1.双DC-DC
DC-DC电路的全名是直流转直流电源电路,以往在主机板/显示卡上最为常见(转换CPU/GPU
的核心电压、内存及周边电路零件所需电压等),另一个比较常听到的是VRM(Voltage
Regulator Module电压调节模组),主要是进行不同电压的转换,在电源中使用的DC-DC就
是将12V转换成3.3V、5V、-12V等电压,因为DC-DC电路多采交换式(Switching)结构,比
起传统电源采用的磁放大(Magnetic Amplifier)电路有更高的效率,另外经12V转换出
3.3V/5V,彼此输出电流不平均下的影响可以降到最低,对于现今使用12V为主的电脑系统
,可避免因为3.3V/5V负载量影响12V的输出,所以目前比较好的电源,尤其是高效率机种
,都会采用双DC-DC甚至三DC-DC的架构
2.交叉调整率Cross-Regulation
Cross-Regulation又被称作交叉调整率,因为电脑用电源供应器属于多输出电源,同时输
出3.3V/5V/12V/-12V,传统电源上,只要3.3V/5V/12V其中一组输出的电流发生变动,其
他组的输出电压就会受到影响。以目前电脑系统配置来说,CPU/GPU主要用电都集中在12V
上,3.3V/5V消耗量已不如以往,采单主变压器并使用单组磁放大电路稳定3.3V的传统电
源在12V负载加重时,电源供应器为了避免3.3V/5V电压受到影响(超压),此时12V电压会
被”牵制住”而产生压降。为了解决这种问题,电源开始采用双磁放大电路,也就是同时
使用磁放大电路稳定3.3V/5V,不过单磁放大与双磁放大都会因为电压调整范围不够,而
无法同时满足电源输出轻载与重载下的条件,尤其Intel在Haswell平台开始,要求在节能
模式下12V必须要能输出最低0.05A电流的要求,对于传统单磁/双磁放大的电源,12V轻载
下的3.3V/5V输出也会受到其影响,当时为了这个问题,部分高瓦数电源采用3.3V/5V一组
功率级、12V一组功率级的设计,不过因为体积占用过大,后续就由双DC-DC电路去取代,
以目前电源来说,采用双DC-DC是目前改善交叉调整率的一个主要方法
3.无桥式APFC
80PLUS认证中的钛金(Titanium)认证,115V输入下其输出百分比及转换效率要求分别为
10%输出90%效率、20%输出92%效率、50%输出94%效率、100%输出90%效率,除了
20%/50%/100%输出下的转换效率必须要提升外,还多要求一个10%下的轻载转换效率,大
部分高效率电源在轻载时会采用调降APFC电压、进入跳周期模式(Skipped Mode)来降低功
耗,但是为了改善整体转换效率,钛金高效率电源开始采用Bridgeless APFC(无桥式主动
功因修正),顾名思义就是把APFC电路中,用来处理所有交流转直流电源功率的桥式整流
器,使用原本APFC终就会使用的高速MOSFET及碳化硅萧特基(SiC Schottky)高压二极管来
取代,因为MOSFET有低导通阻抗的特性,比起传统桥式整流器存在1.4V(全波整流下每周
期会经过两颗二极管0.7V*2)的顺向偏压损失,要有更低的功率消耗,整体APFC电路可因
此减少5~8%的效率损失。依照结构,有分为Bridgeless(无桥)、Dual-Boost(双升压)、
Semi-Bridgeless(半无桥)、PSSB(Phase-Shift Semi-Bridgeless移相半无桥)、
Totem-Pole Bridgeless(图腾柱无桥)
4.谐振转换器Resonant Converter
电源中转换器(Converter)的主要功用就是负责将APFC输出的高压直流转换成低压直流12V
,也常被称功率级(Power Stage),相较于传统电源使用的PWM(脉宽调变)转换器,80PLUS
金牌/白金牌效率电源大多采用谐振转换器(Resonant Converter),透过谐振电感与谐振
电容组合的谐振槽(Resonant Tank),以频率调变(FM)方式来控制输出的功率。电脑电源
中最常见的是LLC谐振槽电路,经由谐振槽的激磁电流,能让一次侧MOSFET寄生电容能量
消除,使其运作在ZVS(零电压切换)区间,可让MOSFET降低开关应力,部分厂商在LLC谐振
电路上也有一些改良款,使其有更宽的最佳转换效率区间及更小的频率调变区间,让电源
有更好的效能。电脑用电源设计上常见的有HB LLC(半桥式LLC)、FB LLC(全桥式LLC),半
桥式使用的MOSFET数量为全桥式的一半,其驱动电路也比较简单,不过在大功率电源上,
仍以全桥电路设计采用较多
5.同步整流Synchronous Rectifier
主功率级经过变压器转换后,二次侧需要经过整流才会从高频交流变成直流电,传统电源
使用萧特基障壁二极管(Schottky Barrier Diode,SBD)来进行整流,因为其带有
0.3~0.5V的顺向偏压损失,虽比起硅二极管的0.7V要低,但仍会造成损失,随着输出电流
增加,其损失的功率也就越高(损失功率=顺向偏压X流过电流),即使并联多颗SBD,也只
是降低每一颗所负担的功率损失,避免单颗集中过高功耗导致过热烧毁,整体功率损失仍
不会改变。而MOSFET传输损耗是由其RDS(ON)乘上平方电流来决定,所以采用更低RDS(ON)
的MOSFET,可降低其传输损耗,若是并联更多的MOSFET,电流分配到多颗MOSFET上时,产
生的传输损耗会更小。例如分担到两颗MOSFET,每个元件损耗可以减少1/4(1/2平方为
1/4),整体损耗就可下降一半,所以在高效率电源上,二次侧大量采用同步整流,大功率
电源还会并联多颗MOSFET,以降低二次侧所产生的损耗,也可降低产生的热量及提高转换
效率。同步整流中另一个主角是同步整流控制器(SR Controller),须具备高切换频率、
大电流MOSFET驱动能力,也需要保护电路,避免高端(High-side)与低端(Low-side)的同
步整流MOSFET被同时启动导致短路造成损坏
报告完毕,谢谢收看
作者: papapapa5566 (56)   2017-09-24 12:45:00
作者: Luciferspear   2017-09-24 13:02:00
作者: Burney000000 (小鲁的天空)   2017-09-24 13:30:00
推狼大科普
作者: twosheep0603 (两羊)   2017-09-24 15:07:00
想起电子学跟电路学 头又开始痛了
作者: lolpklol0975 (鬼邢)   2017-09-25 07:30:00
.....这不是 网络上都查的到的基本知识吗复制贴上 厂厂
作者: jbuilder1022 (jbuilder)   2017-09-25 09:54:00
这篇就算没学过电力电子也可以了解大概,已经超棒鲁叔我20年没碰过电力电子,印象中是先降压在作ac to dc 转换文章却是先转换再降压可以请教一下吗
作者: kanyewest927 (bicyclego)   2017-09-25 10:55:00
太长 我膝盖受不鸟惹
作者: ptt987654321 (低调)   2017-09-25 18:43:00
如果能让不懂DER人也能看懂 狼大就更高境界惹

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