【導(dǎo)讀】各位電源高手一定都有自己組裝臺(tái)式電腦的經(jīng)驗(yàn)，但是會(huì)組裝是一回事，能夠選擇正確且合適的器件來(lái)組成所需的成品就是另一回事了。前面講解了臺(tái)式電源選購(gòu)的基礎(chǔ)篇，本文將總結(jié)電源達(dá)人的裝機(jī)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)臺(tái)式機(jī)電源選擇中的功率校正和整流橋。
各位電源高手一定都有自己組裝臺(tái)式電腦的經(jīng)驗(yàn)，但是會(huì)組裝是一回事，能夠選擇正確且合適的器件來(lái)組成所需的成品就是另一回事了。大多數(shù)人選擇組合機(jī)的原因，大多是因?yàn)榻M合機(jī)更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠也更加自由。組合的途徑無(wú)外乎兩種，有經(jīng)驗(yàn)的朋友肯定會(huì)親自采購(gòu)配件然后再進(jìn)行組合，而對(duì)臺(tái)式機(jī)了解不夠多的朋友只能從專業(yè)組合電腦的店鋪來(lái)購(gòu)買(mǎi)成機(jī)了，而這里面的風(fēng)險(xiǎn)自是不必多說(shuō)。
小編特意為大家整理了一套關(guān)于臺(tái)式電源的選購(gòu)經(jīng)驗(yàn)，其中包括結(jié)構(gòu)與電路介紹、器件的選擇等基礎(chǔ)必備知識(shí)，相信大家在看完之后就能對(duì)組合臺(tái)式機(jī)的選購(gòu)有一定的概念了。在本節(jié)當(dāng)中，將設(shè)計(jì)重要器件的規(guī)格選擇。
通過(guò)EMI濾波電路的層層濾波、保險(xiǎn)元件后，此時(shí)仍然是AC交流電，接下來(lái)電流會(huì)通過(guò)整流橋，然后變成高壓DC直流電。比如輸入整流橋的電壓是230V，那么輸出的電壓為“根號(hào)2”x 230V = 1.414 x 230V = 325.22V
圖1
圖1中間的就是一個(gè)全橋整流器示意圖，包括4只整流二極管，半橋即2只。
作為過(guò)電的重要元件，整流橋的發(fā)熱量(尤其滿載時(shí))很大，再加上它的小巧身段，發(fā)熱密度不容忽視，整流橋照片如圖2：
圖2
電源上常見(jiàn)的整流橋類(lèi)似左上角，中間的孔是給螺絲穿過(guò)釘在散熱片上用的(釘在散熱片上的樣子參考EMI濾波電路第一張圖)。把這種整流橋近似看成扁立方體的話，散熱面就是上下左右前后共六個(gè)面和金屬引腳。沒(méi)散熱片時(shí)，主要靠前后兩個(gè)面積大的外殼面以及引腳傳熱到PCB板。有散熱片時(shí)散熱效率大大改觀。
整流橋的重要參數(shù)是耐壓值和耐流值。以常見(jiàn)的光寶(Liteon)為例，同系列兩枚整流橋 GBU10V08和GBU10V06，中間的10就是“在規(guī)格條件內(nèi)”10安培電流，后面的V08和V06分別為耐壓800V和600V。那么“在規(guī)格條件內(nèi)”是什么意思?如表1。
表1
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重要部分如紅框，即“有散熱片時(shí)，85攝氏度內(nèi)進(jìn)行整流，平均輸出能力穩(wěn)定在10安培”和“無(wú)散熱片時(shí)，100攝氏度內(nèi)進(jìn)行整流，平均輸出能力穩(wěn)定在2.9安培”。這充分說(shuō)明了散熱對(duì)整流橋的作用。
圖3
從圖3來(lái)看就更直觀了，在整流橋散熱殼的溫度超過(guò)臨界點(diǎn)時(shí)，整流橋過(guò)電能力銳減;而沒(méi)有散熱片時(shí)，不管環(huán)境溫度如何，整流橋都只能小負(fù)荷工作。
回到電源選擇上來(lái)，消費(fèi)者怎么看?要保證足額功率輸出，整流橋須達(dá)到規(guī)格。舉個(gè)例子，假設(shè)一個(gè)電源標(biāo)稱輸入電壓100-264V in Vac，額定輸出600W，滿載時(shí)轉(zhuǎn)換效率90%，即滿載時(shí)輸入功率667W。根據(jù)P=UI，在110V市電典型值下整流橋不能是瓶頸，667/110=6A。如果這個(gè)電源采用上面兩種整流橋，那么一定是釘在散熱片上的，此時(shí)余量充足。如果整流橋沒(méi)有散熱片，那么根據(jù)2.9A的最大值標(biāo)稱，反向計(jì)算667/2.9=230V，即該電源只能標(biāo)200-264V in Vac。所以從成本等因素考慮，在同等條件下，有的廠商會(huì)用過(guò)流值較低的整流橋加散熱器，有的廠商會(huì)用余量特別大的整流橋裸奔，還有的廠商會(huì)使用兩枚整流橋。
圖3曲線應(yīng)該是“純被動(dòng)散熱”的情形，在實(shí)際產(chǎn)品中由于主動(dòng)散熱，過(guò)流能力有一定改善，一般可粗略看成“沒(méi)有散熱片即過(guò)流能力減半”。
少數(shù)廠商打擦邊球，宣稱產(chǎn)品通過(guò)80Plus白牌認(rèn)證，卻查不到具體型號(hào)，而且在包裝和銘牌上含糊不清寫(xiě)“Input Voltage: 230V inVac”。80Plus白牌一定是110V下測(cè)，所以一看整流橋就知道到底是不是虛標(biāo)。通過(guò)后文介紹的其他器件也能大致判斷。
APFC/PPFC 功率因素校正
先用盡量簡(jiǎn)化的字眼解釋為什么需要功率因素校正。請(qǐng)先回憶下功率基本公式P=UI和正弦函數(shù)的圖形。
理論情況1：電阻性負(fù)載(Resistive Load，阻值恒定)下，電流和電壓的兩條正弦曲線完全重合(零相位差)。X軸為正負(fù)極分界點(diǎn)，任何時(shí)候電壓和電流的乘積都非負(fù)，這種情況下的輸入功率都是有功功率，即零損耗。如圖4：
圖4
理論情況2：電抗性負(fù)載(Reactive Load)下，兩條正弦曲線有相位差。在周期內(nèi)的某些時(shí)候電流電壓乘積為負(fù)，電流方向改變，流回電網(wǎng)。正負(fù)相抵，這部分的功率為零，造成電網(wǎng)能量的浪費(fèi)。這也是我國(guó)強(qiáng)制要求電源必須有PFC，才能拿CCC認(rèn)證的原因。不過(guò)這部分并未被家庭電表記錄。
圖5
到這里可以進(jìn)一步解釋EMI濾波部分提到的“共模噪聲”和“差模噪聲”。前者是電流正向流動(dòng)產(chǎn)生的，后者是不同向電流流動(dòng)產(chǎn)生的。
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現(xiàn)實(shí)情況：器件復(fù)雜，有正向電流也有反向電流，有效功率/視在功率的比值就是功率因素，恒小于1，功率因素校正電路的作用就是盡可能的讓這個(gè)數(shù)接近1。
接下來(lái)看看主動(dòng)式功率因素校正(APFC)和被動(dòng)式功率因素校正(PPFC)。
先下一個(gè)結(jié)論：300W以上電源盡量選APFC，總功率極低的系統(tǒng)(如200W內(nèi)HTPC)多數(shù)是PPFC電源，無(wú)礙。原因馬上講。
早期PPFC電源通過(guò)大電容和PFC電感進(jìn)行補(bǔ)償，以減小相位差，提高功率因素(一般可達(dá)0.7-0.8)。這種方案受電網(wǎng)電壓影響較大，非寬幅。后來(lái)為了適應(yīng)115V/230V，一些電源(如康舒老版本的IP430)在電源內(nèi)增設(shè)倍壓器、在輸入插頭上增設(shè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，所以電源要么適應(yīng)230V，要么適應(yīng)115V (非115V-230V寬幅適應(yīng))。
圖6
PPFC電路的優(yōu)勢(shì)是自身?yè)p耗較小，因?yàn)殡娐泛?jiǎn)單、器件少，隨著負(fù)載降低，相對(duì)于APFC電路的轉(zhuǎn)換效率更高。同樣的，由于APFC電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，器件較多，自身?yè)p耗較高，隨著負(fù)載降低(20%-10%以下)，轉(zhuǎn)換效率跌落很快。反過(guò)來(lái)，負(fù)載升高時(shí)，APFC的優(yōu)勢(shì)就體現(xiàn)了，而PPFC那顆大電感的損耗和發(fā)熱都不容小覷，并且一旦固定不牢，容易產(chǎn)生噪音。
由于目前市場(chǎng)焦點(diǎn)幾乎都是APFC電源，因此簡(jiǎn)要介紹APFC電路的電感、電容和開(kāi)關(guān)管是怎么工作的。
圖7
·電感充電：開(kāi)關(guān)閉合，電路導(dǎo)通，從整流橋輸出的直流電流過(guò)電感，電感電流按比率增加、儲(chǔ)能。
·電感放電(電容充電)：開(kāi)關(guān)打開(kāi)，電路斷開(kāi)，電感給電容充電，電容兩端電壓升高。
以上步驟按開(kāi)關(guān)管頻率反復(fù)進(jìn)行，從而達(dá)到升壓、能量傳遞、儲(chǔ)能目的。開(kāi)關(guān)管的動(dòng)作由芯片控制，因此經(jīng)常看到這部分有一枚豎立的小電路板，正中一枚IC芯片。二極管起箝位作用，防止在boost電容充電中對(duì)地放電。整流橋后面的X電容作用是減小/抑制在這種PFC模式(CCM)下工作時(shí)產(chǎn)生的損耗和EMI干擾。
在市電220V-230V環(huán)境下，待機(jī)時(shí)boost電容兩端電壓大概310V-325V(*根號(hào)2)，正常運(yùn)行時(shí)由于boost電容持續(xù)充放電，工作電壓大約在360V-385V。如果工作電壓不足(比如PFC二極管所在的鉗位電路出現(xiàn)故障)，那么有可能市電不穩(wěn)、出現(xiàn)較大壓降的時(shí)候，電源啟動(dòng)不了。
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Boost電感主要看磁體(環(huán))的尺寸和纏繞在上面的銅線粗細(xì)。作為儲(chǔ)能元件，電感越大儲(chǔ)能約多，而銅線越粗則線損越低。通過(guò)這枚電感的尺寸也能大約觀察出一個(gè)電源在PFC部分是否用料較省。
圖8
圖8的兩個(gè)電源看上去是否極其相似?沒(méi)錯(cuò)，它們都是出自同一人之手，電感尺寸、線徑、繞制看著幾無(wú)區(qū)別。然而，上面是230V Only的550W，下面是115V/230V全電壓通吃的430W。前者由于只設(shè)計(jì)在230V地區(qū)使用，因此用料適當(dāng)縮水，并且能做到550W。
Boost電容即大電容，也是重要儲(chǔ)能元件，主要參數(shù)是容量、耐溫值、耐壓值。和容量息息相關(guān)的性能參數(shù)是保持時(shí)間。通常而言，在主動(dòng)式PFC結(jié)構(gòu)下，容量數(shù)字超過(guò)額定輸出功率數(shù)字的一般即為“厚道”，比如600W電源，300uF以上容量——這只是非常大概的經(jīng)驗(yàn)性估算，有測(cè)試數(shù)據(jù)還是以測(cè)試數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，否則豈不是以主電容容量摳門(mén)著稱的全漢綠寶結(jié)構(gòu)全掛了?下面是個(gè)典型例子。
圖9
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第一版海韻G550使用390uF日化KMR系列電容，“厚道率”達(dá)71%，滿載掉電保持時(shí)間卻僅14ms不合格;第二版出來(lái)后網(wǎng)上一陣騷動(dòng)：“主電容縮水了”，主電容換成330uF日化KMR系列，結(jié)果同一實(shí)驗(yàn)室同一設(shè)定下保持時(shí)間達(dá)到了18ms，看來(lái)是調(diào)校的作用。其實(shí)海韻一向不吝用料，第二版“厚道率”也有60%。
說(shuō)句題外話，ANTEC NEO ECO魔尊系列從海韻代工轉(zhuǎn)為CWT代工后，主電容容量、耐溫值明顯縮水，NEO ECO 400M 400W電源才180uF/85°C，導(dǎo)致喜歡看內(nèi)部用料的玩家從此敬而遠(yuǎn)之。說(shuō)句公道話，“縮水”是中性詞，看用料、評(píng)測(cè)目的是看是否合格、是否余量充足。用料縮水的結(jié)果可能是余量不足，但除非余量為負(fù)，否則一般玩家照用沒(méi)事兒。
Boost電容的另外兩個(gè)指標(biāo)是耐壓值和耐溫值，因?yàn)槭巧龎弘娙荩阅蛪褐颠€蠻重要，一般是420V。耐溫值常見(jiàn)兩種，105°C和85°C，以前者為優(yōu)。預(yù)算受限的玩家買(mǎi)85°C耐溫值的產(chǎn)品也沒(méi)事兒，只要電源工作環(huán)境不惡劣、進(jìn)出風(fēng)口不被灰塵堵死，就不會(huì)出現(xiàn)爆主電容事故。至于一些削減了頭使勁摳成本的山寨產(chǎn)品，連EMI濾波電路都能省，還有什么干不出來(lái)?請(qǐng)看圖10“子母電容”。
圖10
開(kāi)關(guān)管的主要參數(shù)是耐壓值、耐流值、阻值。下圖是KEC KF13N50P和KF13N50F的規(guī)格表。
·紅框1是型號(hào)和耐壓值，這兩枚管子都是耐壓500V。
·紅框2是耐流值，在表面溫度25°C時(shí)耐流值13A，溫度100°C時(shí)銳減為8A(和整流橋是否很像?)。
·紅框4是阻值：典型值0.35歐，最大0.44歐。
·紅框3是熱阻：第一個(gè)Rjc是內(nèi)部熱源結(jié)和封裝外殼間熱阻，第二個(gè)Rja是熱源結(jié)和周?chē)諝忾g的熱阻。單位°C/W代表1W熱功率帶來(lái)的溫升。
電源內(nèi)各種管子的用料規(guī)格是反映電源整體用料的重要參數(shù)。由于管子發(fā)熱量高，因此通常都是用螺絲擰緊在主散熱片上(增加壓力可減小接觸面間熱阻)。使用較低內(nèi)阻的管子顯然對(duì)提高效率、減小電源內(nèi)部發(fā)熱量有幫助，進(jìn)一步可以采用更低的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速降溫、達(dá)到靜音目的。反過(guò)來(lái)講，出于成本和產(chǎn)品定位考慮，一款入門(mén)級(jí)產(chǎn)品不需要沖擊高效率拿牌，也不打算留什么余量，那么必然在管子上會(huì)顯著cost-down，通過(guò)管子判斷是成本型產(chǎn)品還是中高端產(chǎn)品相對(duì)靠譜。
本篇文章總結(jié)了電源達(dá)人的裝機(jī)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)臺(tái)式機(jī)電源選擇中的功率校正和整流橋進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。在下一節(jié)當(dāng)中，小編將為大家?guī)?lái)關(guān)于變壓器的相關(guān)分析，希望大家持續(xù)關(guān)注。
