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臺式電源選購全攻略,遠離被坑的結(jié)局【整流橋與PFC篇】

發(fā)布時間:2015-03-27 責任編輯:sherry

【導讀】各位電源高手一定都有自己組裝臺式電腦的經(jīng)驗,但是會組裝是一回事,能夠選擇正確且合適的器件來組成所需的成品就是另一回事了。前面講解了臺式電源選購的基礎(chǔ)篇,本文將總結(jié)電源達人的裝機經(jīng)驗,對臺式機電源選擇中的功率校正和整流橋。
 
臺式電源選購全攻略,遠離被坑的結(jié)局【基礎(chǔ)篇】
http://m.forexsooq.com/power-art/80028417
 
各位電源高手一定都有自己組裝臺式電腦的經(jīng)驗,但是會組裝是一回事,能夠選擇正確且合適的器件來組成所需的成品就是另一回事了。大多數(shù)人選擇組合機的原因,大多是因為組合機更加經(jīng)濟實惠也更加自由。組合的途徑無外乎兩種,有經(jīng)驗的朋友肯定會親自采購配件然后再進行組合,而對臺式機了解不夠多的朋友只能從專業(yè)組合電腦的店鋪來購買成機了,而這里面的風險自是不必多說。
 
小編特意為大家整理了一套關(guān)于臺式電源的選購經(jīng)驗,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,相信大家在看完之后就能對組合臺式機的選購有一定的概念了。在本節(jié)當中,將設(shè)計重要器件的規(guī)格選擇。
 
通過EMI濾波電路的層層濾波、保險元件后,此時仍然是AC交流電,接下來電流會通過整流橋,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2”x 230V = 1.414 x 230V = 325.22V
臺式機電源選擇
圖1
 
圖1中間的就是一個全橋整流器示意圖,包括4只整流二極管,半橋即2只。
 
作為過電的重要元件,整流橋的發(fā)熱量(尤其滿載時)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:
臺式機電源選擇
圖2
 
電源上常見的整流橋類似左上角,中間的孔是給螺絲穿過釘在散熱片上用的(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面和金屬引腳。沒散熱片時,主要靠前后兩個面積大的外殼面以及引腳傳熱到PCB板。有散熱片時散熱效率大大改觀。
 
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。
臺式機電源選擇
表1
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重要部分如紅框,即“有散熱片時,85攝氏度內(nèi)進行整流,平均輸出能力穩(wěn)定在10安培”和“無散熱片時,100攝氏度內(nèi)進行整流,平均輸出能力穩(wěn)定在2.9安培”。這充分說明了散熱對整流橋的作用。
臺式機電源選擇
圖3
 
從圖3來看就更直觀了,在整流橋散熱殼的溫度超過臨界點時,整流橋過電能力銳減;而沒有散熱片時,不管環(huán)境溫度如何,整流橋都只能小負荷工作。
 
回到電源選擇上來,消費者怎么看?要保證足額功率輸出,整流橋須達到規(guī)格。舉個例子,假設(shè)一個電源標稱輸入電壓100-264V in Vac,額定輸出600W,滿載時轉(zhuǎn)換效率90%,即滿載時輸入功率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,此時余量充足。如果整流橋沒有散熱片,那么根據(jù)2.9A的最大值標稱,反向計算667/2.9=230V,即該電源只能標200-264V in Vac。所以從成本等因素考慮,在同等條件下,有的廠商會用過流值較低的整流橋加散熱器,有的廠商會用余量特別大的整流橋裸奔,還有的廠商會使用兩枚整流橋。
 
圖3曲線應該是“純被動散熱”的情形,在實際產(chǎn)品中由于主動散熱,過流能力有一定改善,一般可粗略看成“沒有散熱片即過流能力減半”。
 
少數(shù)廠商打擦邊球,宣稱產(chǎn)品通過80Plus白牌認證,卻查不到具體型號,而且在包裝和銘牌上含糊不清寫“Input Voltage: 230V inVac”。80Plus白牌一定是110V下測,所以一看整流橋就知道到底是不是虛標。通過后文介紹的其他器件也能大致判斷。
 
APFC/PPFC 功率因素校正
 
先用盡量簡化的字眼解釋為什么需要功率因素校正。請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軸為正負極分界點,任何時候電壓和電流的乘積都非負,這種情況下的輸入功率都是有功功率,即零損耗。如圖4:
APFC/PPFC 功率因素校正
圖4
 
理論情況2:電抗性負載(Reactive Load)下,兩條正弦曲線有相位差。在周期內(nèi)的某些時候電流電壓乘積為負,電流方向改變,流回電網(wǎng)。正負相抵,這部分的功率為零,造成電網(wǎng)能量的浪費。這也是我國強制要求電源必須有PFC,才能拿CCC認證的原因。不過這部分并未被家庭電表記錄。
APFC/PPFC 功率因素校正
圖5
 
到這里可以進一步解釋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產(chǎn)生的,后者是不同向電流流動產(chǎn)生的。
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現(xiàn)實情況:器件復雜,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數(shù)接近1。
 
接下來看看主動式功率因素校正(APFC)和被動式功率因素校正(PPFC)。
 
先下一個結(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,無礙。原因馬上講。
 
早期PPFC電源通過大電容和PFC電感進行補償,以減小相位差,提高功率因素(一般可達0.7-0.8)。這種方案受電網(wǎng)電壓影響較大,非寬幅。后來為了適應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)撥動開關(guān),所以電源要么適應230V,要么適應115V (非115V-230V寬幅適應)。
APFC/PPFC 功率因素校正
圖6
 
PPFC電路的優(yōu)勢是自身損耗較小,因為電路簡單、器件少,隨著負載降低,相對于APFC電路的轉(zhuǎn)換效率更高。同樣的,由于APFC電路設(shè)計復雜,器件較多,自身損耗較高,隨著負載降低(20%-10%以下),轉(zhuǎn)換效率跌落很快。反過來,負載升高時,APFC的優(yōu)勢就體現(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。
 
由于目前市場焦點幾乎都是APFC電源,因此簡要介紹APFC電路的電感、電容和開關(guān)管是怎么工作的。
APFC/PPFC 功率因素校正
圖7
 
·電感充電:開關(guān)閉合,電路導通,從整流橋輸出的直流電流過電感,電感電流按比率增加、儲能。
 
·電感放電(電容充電):開關(guān)打開,電路斷開,電感給電容充電,電容兩端電壓升高。
 
以上步驟按開關(guān)管頻率反復進行,從而達到升壓、能量傳遞、儲能目的。開關(guān)管的動作由芯片控制,因此經(jīng)??吹竭@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)下工作時產(chǎn)生的損耗和EMI干擾。
 
在市電220V-230V環(huán)境下,待機時boost電容兩端電壓大概310V-325V(*根號2),正常運行時由于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)較大壓降的時候,電源啟動不了。
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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。作為儲能元件,電感越大儲能約多,而銅線越粗則線損越低。通過這枚電感的尺寸也能大約觀察出一個電源在PFC部分是否用料較省。
APFC/PPFC 功率因素校正

Boost電
圖8
 
圖8的兩個電源看上去是否極其相似?沒錯,它們都是出自同一人之手,電感尺寸、線徑、繞制看著幾無區(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)計在230V地區(qū)使用,因此用料適當縮水,并且能做到550W。
 
Boost電容即大電容,也是重要儲能元件,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)是保持時間。通常而言,在主動式PFC結(jié)構(gòu)下,容量數(shù)字超過額定輸出功率數(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)驗性估算,有測試數(shù)據(jù)還是以測試數(shù)據(jù)為準,否則豈不是以主電容容量摳門著稱的全漢綠寶結(jié)構(gòu)全掛了?下面是個典型例子。
Boost電容即大電容

Boost電容即大電容
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71%,滿載掉電保持時間卻僅14ms不合格;第二版出來后網(wǎng)上一陣騷動:“主電容縮水了”,主電容換成330uF日化KMR系列,結(jié)果同一實驗室同一設(shè)定下保持時間達到了18ms,看來是調(diào)校的作用。其實海韻一向不吝用料,第二版“厚道率”也有60%。
 
說句題外話,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,導致喜歡看內(nèi)部用料的玩家從此敬而遠之。說句公道話,“縮水”是中性詞,看用料、評測目的是看是否合格、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,否則一般玩家照用沒事兒。
 
Boost電容的另外兩個指標是耐壓值和耐溫值,因為是升壓電容,所以耐壓值還蠻重要,一般是420V。耐溫值常見兩種,105°C和85°C,以前者為優(yōu)。預算受限的玩家買85°C耐溫值的產(chǎn)品也沒事兒,只要電源工作環(huán)境不惡劣、進出風口不被灰塵堵死,就不會出現(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?請看圖10“子母電容”。
Boost電容即大電容
圖10
 
開關(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。
KEC KF13N50P和KF13N50F的規(guī)格表
KEC KF13N50P和KF13N50F的規(guī)格表
·紅框1是型號和耐壓值,這兩枚管子都是耐壓500V。
 
·紅框2是耐流值,在表面溫度25°C時耐流值13A,溫度100°C時銳減為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Rjc是內(nèi)部熱源結(jié)和封裝外殼間熱阻,第二個Rja是熱源結(jié)和周圍空氣間的熱阻。單位°C/W代表1W熱功率帶來的溫升。
 
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)阻的管子顯然對提高效率、減小電源內(nèi)部發(fā)熱量有幫助,進一步可以采用更低的風扇轉(zhuǎn)速降溫、達到靜音目的。反過來講,出于成本和產(chǎn)品定位考慮,一款入門級產(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顯著cost-down,通過管子判斷是成本型產(chǎn)品還是中高端產(chǎn)品相對靠譜。
 
本篇文章總結(jié)了電源達人的裝機經(jīng)驗,對臺式機電源選擇中的功率校正和整流橋進行了較為詳細的介紹。在下一節(jié)當中,小編將為大家?guī)黻P(guān)于變壓器的相關(guān)分析,希望大家持續(xù)關(guān)注。
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