作者wolflsi (港都狼仔)
看板PC_Shopping
標題[心得] 近期電源常見術語及結構說明
時間Sun Sep 24 12:39:48 2017
最近市場上電源有幾個常見術語及結構,這篇文章在下提供簡單的解釋
1.雙DC-DC
DC-DC電路的全名是直流轉直流電源電路,以往在主機板/顯示卡上最為常見(轉換CPU/GPU
的核心電壓、記憶體及週邊電路零件所需電壓等),另一個比較常聽到的是VRM(Voltage
Regulator Module電壓調節模組),主要是進行不同電壓的轉換,在電源中使用的DC-DC就
是將12V轉換成3.3V、5V、-12V等電壓,因為DC-DC電路多採交換式(Switching)結構,比
起傳統電源採用的磁放大(Magnetic Amplifier)電路有更高的效率,另外經12V轉換出
3.3V/5V,彼此輸出電流不平均下的影響可以降到最低,對於現今使用12V為主的電腦系統
,可避免因為3.3V/5V負載量影響12V的輸出,所以目前比較好的電源,尤其是高效率機種
,都會採用雙DC-DC甚至三DC-DC的架構
2.交叉調整率Cross-Regulation
Cross-Regulation又被稱作交叉調整率,因為電腦用電源供應器屬於多輸出電源,同時輸
出3.3V/5V/12V/-12V,傳統電源上,只要3.3V/5V/12V其中一組輸出的電流發生變動,其
他組的輸出電壓就會受到影響。以目前電腦系統配置來說,CPU/GPU主要用電都集中在12V
上,3.3V/5V消耗量已不如以往,採單主變壓器並使用單組磁放大電路穩定3.3V的傳統電
源在12V負載加重時,電源供應器為了避免3.3V/5V電壓受到影響(超壓),此時12V電壓會
被”牽制住”而產生壓降。為了解決這種問題,電源開始採用雙磁放大電路,也就是同時
使用磁放大電路穩定3.3V/5V,不過單磁放大與雙磁放大都會因為電壓調整範圍不夠,而
無法同時滿足電源輸出輕載與重載下的條件,尤其Intel在Haswell平台開始,要求在節能
模式下12V必須要能輸出最低0.05A電流的要求,對於傳統單磁/雙磁放大的電源,12V輕載
下的3.3V/5V輸出也會受到其影響,當時為了這個問題,部分高瓦數電源採用3.3V/5V一組
功率級、12V一組功率級的設計,不過因為體積占用過大,後續就由雙DC-DC電路去取代,
以目前電源來說,採用雙DC-DC是目前改善交叉調整率的一個主要方法
3.無橋式APFC
80PLUS認證中的鈦金(Titanium)認證,115V輸入下其輸出百分比及轉換效率要求分別為
10%輸出90%效率、20%輸出92%效率、50%輸出94%效率、100%輸出90%效率,除了
20%/50%/100%輸出下的轉換效率必須要提升外,還多要求一個10%下的輕載轉換效率,大
部分高效率電源在輕載時會採用調降APFC電壓、進入跳週期模式(Skipped Mode)來降低功
耗,但是為了改善整體轉換效率,鈦金高效率電源開始採用Bridgeless APFC(無橋式主動
功因修正),顧名思義就是把APFC電路中,用來處理所有交流轉直流電源功率的橋式整流
器,使用原本APFC終就會使用的高速MOSFET及碳化矽蕭特基(SiC Schottky)高壓二極體來
取代,因為MOSFET有低導通阻抗的特性,比起傳統橋式整流器存在1.4V(全波整流下每周
期會經過兩顆二極體0.7V*2)的順向偏壓損失,要有更低的功率消耗,整體APFC電路可因
此減少5~8%的效率損失。依照結構,有分為Bridgeless(無橋)、Dual-Boost(雙升壓)、
Semi-Bridgeless(半無橋)、PSSB(Phase-Shift Semi-Bridgeless移相半無橋)、
Totem-Pole Bridgeless(圖騰柱無橋)
4.諧振轉換器Resonant Converter
電源中轉換器(Converter)的主要功用就是負責將APFC輸出的高壓直流轉換成低壓直流12V
,也常被稱功率級(Power Stage),相較於傳統電源使用的PWM(脈寬調變)轉換器,80PLUS
金牌/白金牌效率電源大多採用諧振轉換器(Resonant Converter),透過諧振電感與諧振
電容組合的諧振槽(Resonant Tank),以頻率調變(FM)方式來控制輸出的功率。電腦電源
中最常見的是LLC諧振槽電路,經由諧振槽的激磁電流,能讓一次側MOSFET寄生電容能量
消除,使其運作在ZVS(零電壓切換)區間,可讓MOSFET降低開關應力,部分廠商在LLC諧振
電路上也有一些改良款,使其有更寬的最佳轉換效率區間及更小的頻率調變區間,讓電源
有更好的效能。電腦用電源設計上常見的有HB LLC(半橋式LLC)、FB LLC(全橋式LLC),半
橋式使用的MOSFET數量為全橋式的一半,其驅動電路也比較簡單,不過在大功率電源上,
仍以全橋電路設計採用較多
5.同步整流Synchronous Rectifier
主功率級經過變壓器轉換後,二次側需要經過整流才會從高頻交流變成直流電,傳統電源
使用蕭特基障壁二極體(Schottky Barrier Diode,SBD)來進行整流,因為其帶有
0.3~0.5V的順向偏壓損失,雖比起矽二極體的0.7V要低,但仍會造成損失,隨著輸出電流
增加,其損失的功率也就越高(損失功率=順向偏壓X流過電流),即使並聯多顆SBD,也只
是降低每一顆所負擔的功率損失,避免單顆集中過高功耗導致過熱燒毀,整體功率損失仍
不會改變。而MOSFET傳輸損耗是由其RDS(ON)乘上平方電流來決定,所以採用更低RDS(ON)
的MOSFET,可降低其傳輸損耗,若是並聯更多的MOSFET,電流分配到多顆MOSFET上時,產
生的傳輸損耗會更小。例如分擔到兩顆MOSFET,每個元件損耗可以減少1/4(1/2平方為
1/4),整體損耗就可下降一半,所以在高效率電源上,二次側大量採用同步整流,大功率
電源還會並聯多顆MOSFET,以降低二次側所產生的損耗,也可降低產生的熱量及提高轉換
效率。同步整流中另一個主角是同步整流控制器(SR Controller),須具備高切換頻率、
大電流MOSFET驅動能力,也需要保護電路,避免高端(High-side)與低端(Low-side)的同
步整流MOSFET被同時啟動導致短路造成損壞
報告完畢,謝謝收看
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 114.40.149.141
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/PC_Shopping/M.1506227990.A.BF0.html
推 SmonSo : 推狼大 09/24 12:40
推 Alex00611 : 長知識推 09/24 12:41
推 lt921205 : 專業推 09/24 12:42
推 waterblue85 : 優文推 09/24 12:43
推 tennyleaz : 推推 09/24 12:44
推 papapapa5566: 推 09/24 12:45
推 himekami : 推 09/24 12:47
推 s27holygod : 推 09/24 12:48
推 kisusu : 推 09/24 12:49
推 oncelove : 文組推 09/24 12:49
推 MAgong : 跟..跟我想的一...一樣啦 09/24 12:51
推 smart192 : 太專業了 09/24 12:51
推 june0204 : 長知識 09/24 12:55
推 jay17988 : 電蝦U文 09/24 12:56
推 a123453906 : 推 09/24 12:58
推 kenApp : 謝狼大解說 09/24 13:00
推 luganzhin : 推 09/24 13:01
推 goldie : 狼大文,先推。 09/24 13:01
推 Luciferspear: 跪 09/24 13:02
推 jeffzero : 是不是該收精華? 09/24 13:04
推 pold123 : 簽到 09/24 13:04
推 Jay915 : 推! 09/24 13:04
推 asdg62558 : 推狼大 09/24 13:06
推 NCTUEECS : 推推 09/24 13:11
推 orion2487 : 推 09/24 13:12
推 dnaspirit : 推 感謝狼大 09/24 13:18
推 wei821101 : 推 09/24 13:20
推 MoneyBlue : 先推再說 09/24 13:20
推 tentryway : 先推再說啦! 09/24 13:23
推 JoyRex : 謝謝柯普文 09/24 13:25
推 askseeknock : 深入淺出,已跪! 09/24 13:25
推 selnec : 長知識推 09/24 13:26
推 Litfal : 這些東西有什麼是換了更先進的會降低成本的嗎?還是 09/24 13:27
→ Litfal : 都更貴? 09/24 13:27
主要是為了提升轉換效率及性能表現
例如一次側MOSFET要用低阻抗+強化軟交換型號,二次側同步整流要換低阻抗+耐大電流
改良變壓器設計等等,這些都是要成本,且用在低瓦數上不太划算
推 Feketerigo : 推狼大 長知識 09/24 13:28
推 Burney000000: 推狼大科普 09/24 13:30
推 ang728 : 都會更貴而已 09/24 13:32
$_$
不過量產以後是可以分擔研發/試製成本
推 libramai : 跪推 09/24 13:33
推 SCL13 : 長知識推 09/24 13:42
推 vakaTNT : 趕快推,免得被人發現自己看不懂 09/24 13:44
推 alen60212 : 推 09/24 13:45
推 non036 : 推狼大!狼大推! 09/24 13:46
推 doomerptt : 推 09/24 13:49
推 ken720331 : 推 09/24 13:56
推 yys310 : 科普推 09/24 14:00
推 hankower : 快推 免得別人以為我看不懂 09/24 14:00
推 Lumia625 : 寫得很清楚給推 不過這真的有有電子電路基礎才好懂 09/24 14:05
常被抱怨評測看不懂(淚奔)
難道也要來個星級評分?
推 kagayama : 推 09/24 14:06
推 toploader : 這類文章超重要,跟辭典一樣 09/24 14:12
推 ronald279 : 推 09/24 14:13
推 POH14 : 我文組不懂 09/24 14:15
推 rtwodtwo : 電路學... 我的頭又開始痛了 09/24 14:17
推 mizumutsuki : 文組不懂+1,但加減看,希望能學到一點東西 09/24 14:23
→ mizumutsuki : 希望日後有機會了解 09/24 14:23
推 SPDY : 推 09/24 14:25
推 vasia : 強 09/24 14:29
推 remia81 : 推 09/24 14:33
推 doomerptt : 反正白金以下的 (1)半橋/全橋(高瓦)LLC諧振 09/24 14:35
→ doomerptt : 白金,金,銀(振華),銅(少見 如:振華/七盟) 09/24 14:35
→ doomerptt : (2)主動鉗位順向式 80+有 金,銀,銅(少見 如:bq) 09/24 14:35
→ doomerptt : (3)雙晶順向式 80+有 金(少見 如:保銳cwt代工),銀( 09/24 14:35
→ doomerptt : 少見 如:全漢/cwt),銅,白 09/24 14:36
→ doomerptt : 2次側 SBD整流/mosfet同步整流 09/24 14:36
→ doomerptt : 再來 單磁性放大(12v+5v共用電感) 09/24 14:36
→ doomerptt : 雙磁性放大(12v 5v 3.3v獨立電感)目前市面幾乎消失 09/24 14:36
→ doomerptt : dc to dc,整流變12v,3.3v+5v再從12v分出來用(12vdc 09/24 14:37
→ doomerptt : to dc出3.3v,5v) 09/24 14:37
高效率中比較奇葩的就金鈦極/皇鈦極,用改良APFC+主動箝位弄出金牌跟白金
當然二次側設計也是一個點,不過後來也都是改LLC+雙DC-DC了
推 Parodius : 看不懂必推 ! 09/24 14:40
※ 編輯: wolflsi (114.40.149.141), 09/24/2017 14:46:22
推 goldie : 長知識了!謝謝。 09/24 14:42
推 CHOCOLA1983 : 狼大先推了,雖然我看不董 XD 09/24 14:42
推 vic81324 : 推推 09/24 14:45
推 JiYeonSHINY : 先推 以免被人家說看不懂 09/24 14:46
推 a3460981 : 看不懂自首 09/24 14:46
推 ping870224 : 只看懂一半@@ 09/24 14:48
推 yijen321 : 長知識推 09/24 14:49
推 doomerptt : 還有皇太極白金齁 忘了@@ 09/24 14:52
這樣要做好幾支牌子(誤)
→ w113353 : 來個狼式認證標準(? 09/24 14:59
推 mars0803 : 推狼大 09/24 15:01
推 twosheep0603: 想起電子學跟電路學 頭又開始痛了 09/24 15:07
推 jeff0501 : 推 09/24 15:12
推 yafx4200p : 電蝦教科書 09/24 15:15
推 cccon1ine : 先推再看‼ 09/24 15:16
推 Azure5200 : 推 09/24 15:23
推 Cubelia : 讚 09/24 15:26
推 DirtyMoney : 推 09/24 15:27
推 soane : 推! 09/24 15:38
推 aksone : 有狼就給推(?) 09/24 15:50
推 opsoo : 看不懂可是看得出你很認真 09/24 15:58
推 yuijrt : 看到一半放棄只能推 09/24 16:13
推 darkdeus : 長知識了 09/24 16:19
推 peterkuo : 推 09/24 16:31
推 Kowdan : 先推再看 09/24 16:38
推 mongduo : 推推 09/24 16:44
推 delaluna : 所以皇鈦極算是用比較難做高效率的架構 靠堆料把 09/24 16:48
→ delaluna : 效率稱上去嗎? 09/24 16:48
也不算是堆料,只是用了比較特別的作法
APFC改良、主動箝位順向、主變壓器出12V/5V採同步整流、AC-DC轉3.3V
比較像是單磁放大改良版
→ azuredon : 謝謝分享 09/24 16:49
推 kme6833291 : 推 09/24 16:59
推 doomerptt : 比較難做高效率的架構是雙晶順向,真正的堆料 09/24 17:17
→ doomerptt : 就只靠傳統的雙晶順向式 同部整流 dc to dc 09/24 17:19
DSA也算是CWT長青系列,改了好幾代
推 darktasi : 推 09/24 17:51
推 ctes940008 : 推 09/24 17:58
推 kevin911282 : 優文 直接推 慢慢看 09/24 18:14
推 zx3017 : 跪 09/24 18:29
推 Peteroo : 推 太受用了 09/24 18:33
推 oct710226 : 推專業 09/24 18:35
推 david10ne : 推 09/24 18:37
推 kevinyin : 收精華區! 09/24 18:48
推 l0l1c0n : 推 學習中很有用 09/24 19:02
推 vincentwg : 狼大專業! 09/24 19:09
推 yuoyaiv : 超用心 推推了 09/24 19:13
推 zecters2011 : 好文值得細細研究 09/24 19:25
推 pttresident : push 09/24 19:44
推 W96U : 長知識了 09/24 19:44
推 OolightoO : 推 09/24 19:57
推 nomosa : 純推港都老狼 09/24 19:57
推 ted10 : 推 09/24 20:00
推 FTICR : 推 好文! 09/24 20:11
推 eternal3326 : 推好為人師 09/24 20:13
推 twonia : 推,專業 09/24 20:23
推 Windcws9Z : 推狼大 09/24 20:31
推 fake0824 : 用心,推 09/24 20:33
推 TrueX67 : 推 09/24 20:45
推 felaray : 推 09/24 20:48
推 iloserSD : 先推再看 09/24 21:13
推 myq : ... 09/24 21:31
推 rabbit80891 : 推! 09/24 21:38
推 lalo : 學到很多 知4無價 跪 09/24 22:04
噓 st09094238 : 看不懂辣 09/24 22:05
→ x10afreedom : 推 09/24 22:09
推 sdbb : 有看有推 09/24 22:22
推 seanflower : 推 09/24 23:06
→ ang728 : 以前的CWT的雙晶金牌平台就是堆料王阿 09/24 23:08
出廠應該會先挑一下,效率沒過的刷下來
推 mesmerising : 推! 09/24 23:17
推 sufate : 推科普 09/24 23:38
推 jackysai : 朝聖狼大 09/24 23:48
推 leolun8122 : 電力電子 推一個 09/25 00:10
推 hellomotogg : 推狼仔認證 09/25 00:33
推 cmid05 : 推 09/25 00:43
推 Subliminal : 才疏學淺看不太懂,但推您的熱心 09/25 00:45
推 nfbsabc : 感謝分享 推 09/25 00:47
推 taxi567 : 推 09/25 00:47
推 Bimatow : 推狼大專業文 09/25 01:21
推 mustangccx : 推 09/25 01:37
推 q4032005 : 推一個 09/25 01:47
推 borry6299 : 借版問一下,1080ti用rm550x推如何,360水冷排3+3 09/25 01:49
→ borry6299 : 風扇 09/25 01:49
推 wryyyyyyyy : 推 09/25 01:53
推 prn258 : 3.好像也能叫同步整流? 簡單但是砸錢的同步整流XD? 09/25 03:02
換個方向也能這麼說,把MOSFET與SiC Schottky當成整流兼升壓元件
少掉一個橋整浪費,但得用兩組MOSFET+SiC,而且很吃設計,沒弄好EMI會不好解
推 angel2210 : 推推 09/25 03:02
推 memori0319 : 推 09/25 05:40
推 LastAttack : 推 09/25 05:46
推 wax0000 : 電力組給推 09/25 07:14
→ lolpklol0975: .....這不是 網路上都查的到的基本知識嗎 09/25 07:30
→ lolpklol0975: 複製貼上 厂厂 09/25 07:31
推 Windcws9Z : 樓上也請你複製貼上發一篇文拔 厂厂 09/25 07:47
推 max5566 : 強 09/25 07:59
→ max5566 : 某樓神邏輯 那幹嘛去學校念書 都上網查的到啊 09/25 07:59
推 ry3298 : 推 09/25 08:35
推 doomerptt : 屁孩:pk啦 09/25 09:23
推 et803 : 推熱心 沒了解很深入了解 但有人整理就再看一次 09/25 09:37
推 kngs555 : 就算沒上學只上網也看不懂啦 09/25 09:42
推 plokm1221 : 狼大94專業 09/25 09:42
推 tonyhom : 這裡哪篇不是網路上查的到的 廠廠 09/25 09:46
推 jbuilder1022: 這篇就算沒學過電力電子也可以了解大概,已經超棒 09/25 09:54
→ jbuilder1022: 魯叔我20年沒碰過電力電子,印象中是先降壓在作ac t 09/25 09:56
→ jbuilder1022: o dc 轉換文章卻是先轉換再降壓可以請教一下嗎 09/25 09:56
傳統電腦用電源
輸入交流經整流後變成高壓直流,經一次側透過PWM控制輸入主變壓器,
主變壓器的二次繞組經過SBD整流後輸出各路所需直流電壓
單磁放大機種,由5V繞組經磁放大電路輸出3.3V
雙磁放大機種,由一組獨立繞組經過兩組磁放大電路輸出5V與3.3V
近期銅牌雙DC-DC機種,由整流後的12V經過兩組DC-DC電路輸出5V與3.3V
常見高效率電腦用電源
輸入交流先經過整流,然後進入APFC改善交流端功率因數,轉換成高壓直流
經過一次側及諧振槽輸入主變壓器,主變壓器二次繞組經過全波同步整流輸出12V
再由兩組DC-DC把12V轉換成5V與3.3V(部分的-12V也會由DC-DC經12V轉換而來)
→ hamasakino : 推 09/25 10:15
推 damnedfish : 推 09/25 10:25
推 kanyewest927: 太長 我膝蓋受不鳥惹 09/25 10:55
推 cloudin : 推 09/25 11:22
推 weimr : 推 09/25 11:35
推 amadeustwo : 這不推不行 09/25 11:51
推 kqalea : 跪的不要不要的 09/25 12:02
推 dididiy : 厲害厲害 09/25 12:03
推 ituna0421 : 快推免得被說看不懂 09/25 12:25
※ 編輯: wolflsi (101.9.154.25), 09/25/2017 12:46:04
推 tyr2004 : 推 09/25 13:31
推 locklose : 推 09/25 14:25
推 jk01 : 專業推 09/25 15:20
推 powergreen : 推 09/25 17:15
→ ptt987654321: 如果能讓不懂DER人也能看懂 狼大就更高境界惹 09/25 18:43
推 sofari : U文 09/25 21:21
推 xsky00y : 推 09/26 00:47
把文章簡化成這樣會不會比較容易看懂呢?(擦汗)
1.雙DC-DC
電源中將12V轉換成3.3V、5V、-12V等電壓的電路,比起傳統設計有更好的效率及更好的
交叉調整率
2.交叉調整率Cross-Regulation
電源3.3V/5V/12V輸出之間彼此影響的程度,交叉調整率越好,彼此間影響越小
3.無橋式APFC
減少傳統電源中APFC區塊功耗損失,提升電源轉換效率
4.諧振轉換器ResonantConverter
屏除傳統脈寬控制方式,利用諧振及變頻控制方式來提升電源轉換效率
5.同步整流Synchronous Rectifier
降低電源輸出電壓的整流損失,降低廢熱及提升電源轉換效率
※ 編輯: wolflsi (101.13.81.46), 09/26/2017 08:45:26
推 doomerptt : 用心 09/26 08:52
推 Windcws9Z : 推狼大 09/26 11:38
推 waterblue85 : 這篇文章看下來銀之魂架構會比NE2還要好嗎? 09/26 15:59
推 doomerptt : 是的,同樣是雙晶順向,dc to dc,但銀是同部整流出12v 09/26 16:45
→ doomerptt : ne2是SBD,當然銀(限450/550w)的效率 溫度表現要較好 09/26 16:46
→ doomerptt : 步 09/26 16:46
推 M013 : ☺ 09/26 18:08
推 megxz : 推 09/26 21:02
推 MirageAngel : █━━━━━━━━━━━━━━━━━█推用心分享 09/27 15:13
噓 st8986 : 請問FOCUS +與PRIME電路結構會比較推誰呢? 10/19 22:25
推 st8986 : 按錯符號 給推文 錯按噓 10/19 22:28
推 st8986 : 推優文 10/19 22:35
推 cvbb12345 : 推狼大優質文 05/30 11:45