【導讀】隨著(zhù)時(shí)間推移，電源的結構設計在不斷發(fā)生變化。從很久以前的老式半橋變成正激結構再到現在的LLC結構，甚至還有有源鉗位或移相全橋等結構，都在往高轉換率方向發(fā)展。
電源PCB結構
在聊PCB演化歷程之前，首先我們來(lái)溫習一下電源的PCB結構。
▍ EMI濾波
EMI濾波系統在電源中的作用是過(guò)濾掉市電中的雜質(zhì)，使輸入電流更加純凈不會(huì )干擾硬件工作。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)價(jià)格正常的電源都會(huì )有一、二級EMI濾波。有些電源會(huì )把一級EMI濾波做在輸入電源線(xiàn)腳上，而上圖的電源則將其做在PCB板上。
▍ 整流橋
電流經(jīng)過(guò)濾波后進(jìn)入PFC，首先通過(guò)整流橋，整流橋將交流電轉換成直流電。一般來(lái)說(shuō)，整流橋在工作時(shí)都會(huì )有不少發(fā)熱量，設計優(yōu)秀的電源會(huì )將整流橋鎖在散熱片上，像愛(ài)國者電競500把兩塊整流橋直接設計在PCB板上是不合理的。
▍ PFC
從整流橋出來(lái)的電流進(jìn)入PFC，PFC是Power Factor Correction的簡(jiǎn)稱(chēng)，翻譯過(guò)來(lái)就是功率因素校正。交流電成波浪狀，采用PFC的電源可利用不僅是波峰和谷峰附近的電能，提高利用率。
▍ 主電容
主電容(PFC電容)在電源中的作用：一是濾波，二是貯存電量保證突然斷電時(shí)有一定的電量支持電腦硬件作出反應。
▍ 變壓系統
接下來(lái)是變壓系統，一般分為大小變壓器，將市電降壓到適合主機使用。圖中較大的便是主變壓器。
▍ 整流、穩壓、濾波
整流管鎖在金屬片上
變壓器出來(lái)的電流會(huì )由經(jīng)過(guò)一次整流變成直流電，然后進(jìn)行穩壓濾波后才能輸出到電腦的各個(gè)硬件上。
電源PCB各結構的演化
復習完電源PCB的大致結構，接下來(lái)就是今天的主題。這次我主要說(shuō)說(shuō)電源PCB上的 PFC 、 變壓系統 、 整流 、 穩壓系統 的演變。
▍ PFC的變化
在很久很久以前， PC電源并沒(méi)有PFC結構 ，市電輸入后經(jīng)過(guò)二極管整流電容濾波， 只能利用到波浪狀交流電的波谷和峰谷附近的能量 ，在一個(gè)周期的其他時(shí)間都不會(huì )有電流輸入， 利用率相當低 。而電源沒(méi)用到的電能并不會(huì )計入電費中，因此我們并不會(huì )造成任何浪費。相反則是國家供電網(wǎng)會(huì )浪費電能。我國PC的 3C認證是電源必須有PFC結構 。
電容左側的被動(dòng)式PFC
PFC分為主動(dòng)式PFC和被動(dòng)式PFC。被動(dòng)式PFC就是一個(gè)體積較大的電感線(xiàn)圈，它的 功率校正因素最高也只能去到0.8 ，而且輸入電壓范圍不能太寬。不過(guò)這種結構勝在 成本低 ，在很多低端電源上能見(jiàn)到它的蹤跡。
電感線(xiàn)圈左右有控制IC和電容
為了提高利用率、擴大輸入電壓范圍，很多電源都舍棄被動(dòng)式PFC改為采用主動(dòng)式PFC。主動(dòng)式PFC由電感線(xiàn)圈，濾波電容、開(kāi)關(guān)管以及控制IC等元器件組成。它的功率校正因素可以輕松達到 99% 以上，輸入電壓范圍也可達到90-240V，但成本也相應提高不少。從被動(dòng)式PFC進(jìn)化成主動(dòng)式PFC，電源的減少浪費電能，確實(shí)是好事。
淘寶知名品牌“爵柏”的水泥PFC
然而有些黑心商家出售的電源居然用“水泥PFC”，這種假PFC里面只有一塊水泥。這種電源使用起來(lái)是相當危險的，大家在購買(mǎi)電源時(shí)注意要優(yōu)先選擇采用主動(dòng)式PFC的電源，如果想購買(mǎi)低功率電源可以適當買(mǎi)被動(dòng)式PFC的電源。
▍變壓結構的變化
說(shuō)到變壓結構就要談到一件事：之前氣味大師的一篇文章中，有位網(wǎng)友誤將LLC認作老式半橋，并大言不慚指責我，更可笑的是居然還有不少網(wǎng)友點(diǎn)贊認同。當然這也不怪他，這兩種結構粗略一看十分相似，希望大家看完這篇文章后能分清它們的不同，不要再鬧出這種笑話(huà)了。
一大兩小變壓器與LLC結構類(lèi)似
先說(shuō)說(shuō)老式半橋，它的結構十分明顯，變壓系統里有 一大兩小三個(gè)變壓器 。由于這是一種年代久遠的電源結構，因此它的轉換效率并不高，最頂尖也不到80%。但是它的成本相當低，一般會(huì )出現在低價(jià)低功率的電源上。這種結構一般會(huì ) 搭配被動(dòng)式PFC，使成本降到最低 ，不過(guò)現在已經(jīng)很少有這種結構的電源了。(年代過(guò)于久遠，找不到清晰的素材)
位于正中間的大小變壓器
在二十一世紀初開(kāi)始興起另一種變壓結構：正激結構。以開(kāi)關(guān)管數量不同分別有單管正激和雙管正激結構。這種結構的最大特點(diǎn)是變壓系統中有 一大一小兩個(gè)變壓器 。雙管正激結構的開(kāi)關(guān)管更多，性能比單管正激結構強不少，因此現在已經(jīng)很少有單管正激結構的電源了。相較老式半橋，正激結構的電源轉換率能大大提高，能達到銀牌標準，但卻很難達到金牌標準以上。
這里就要引出一種拓展版結構：有源鉗位正激結構，它是由全漢創(chuàng )造出來(lái)的一種結構。它能把電源轉換率可以做到金牌標準以上，不過(guò)用料不足會(huì )導致輸出紋波過(guò)大，因此相應成本也提高不少。由于這種結構普及率較低，我就不多介紹了。
近幾年興起一種名為L(cháng)LC的新型結構，上文提到這種結構與老式半橋類(lèi)似，都是有 一大兩小三個(gè)變壓器 。其實(shí)這里有個(gè)很簡(jiǎn)單的區分方法，老式半橋電源轉換率極低，而LLC電源的轉換率能輕松達到金牌標準。我們只需要通過(guò)電源轉換率即可分辨兩種不同結構。LLC又分為L(cháng)LC半橋和LLC全橋。一般來(lái)說(shuō)這種結構的電源轉換率能做到白金標準，相較于雙管正激結構，它的成本較低，動(dòng)態(tài)性能較弱，可以通過(guò)無(wú)腦堆料增加電容的方式彌補缺陷，是目前最流行的電源結構。不過(guò)在400W以下的電源，LLC結構的表現卻遜色于雙管正激。
與LLC半橋相比，LLC全橋的工藝更加復雜，但是在功率和轉換率上又有所提升，相應地成本也會(huì )提高。我們能在高功率的白金標準電源上看到這種結構。
▍ 整流管的進(jìn)化
接下來(lái)說(shuō)說(shuō)整流管的變化，其實(shí)整流管變化不多。以前的電源大多采用多枚肖特基管進(jìn)行整流，而現在越來(lái)越多廠(chǎng)商采用MOS管代替肖特基管進(jìn)行同步整流。采用MOS管可以進(jìn)一步提高電源轉換率，金牌標準以上的電源基本都能看到這個(gè)設計。
▍ 穩壓輸出結構也有優(yōu)化
最后要說(shuō)一下穩壓輸出部分。我們常見(jiàn)的電源會(huì )采用單路磁放大，雙路磁放大或者DC-DC結構。這種結構會(huì )影響+12V、+5V和+3.3V的輸出的電壓偏移。DC-DC的控制性能最強，其次是雙路磁放大，最差的結構則是單路磁放大。這些不同結構之間的區別也是相當好辨認的。
單路磁放大，將+3.3V單獨分出一路輸出，它的特征是 主變壓器附近會(huì )有一個(gè)小線(xiàn)圈 。而+12V和+5V由PWM芯片控制。因此+12V高負載時(shí)會(huì )對+5V輸出電壓造成很大影響。而在 穩流結構的位置會(huì )有兩個(gè)線(xiàn)圈 分別給+12V和+5V進(jìn)行穩流。
雙路磁放大，將+5V和+3.3V獨立出來(lái)，這種結構的特點(diǎn)是在 主變壓器附近會(huì )有兩個(gè)小線(xiàn)圈 ， 穩流結構的位置會(huì )有3個(gè)大線(xiàn)圈 對應+12V、+5V和+3.3V。因為+5V和+3.3V獨立出來(lái)，+12V高負載時(shí)對其他兩路輸出電壓的影響會(huì )有所減少。這是一種從單路磁放大進(jìn)化而來(lái)的結構，解決了單路磁放大使用上出現的部分缺陷。
雖然雙路磁放大結構可以控制+12V對+5V和+3.3V的電壓影響，但并不能完全解決問(wèn)題。因此一種新型的穩流結構面世：DC-DC結構。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這種結構是從+12V取電直接降壓成+5V和+3.3V然后輸出，因此+12V的額定功率可以無(wú)限制地做大。這種結構是最容易辨別的，在穩流結構的位置上會(huì )有一塊垂直的PCB，上面帶有兩個(gè)線(xiàn)圈。
甚至我們不需要拆開(kāi)電源內部就能分別一個(gè)電源是不是DC-DC結構。我們可以觀(guān)察電源的銘牌，如果 電源的+12V最大功率是十分接近電源額定功率 ，則這個(gè)電源是采用DC-DC結構。DC-DC也在逐漸代替雙路磁放大成為高瓦數電源的標配設計。
尾聲
隨著(zhù)時(shí)間推移，電源的結構設計在不斷發(fā)生變化。從很久以前的老式半橋變成正激結構再到現在的LLC結構，甚至還有有源鉗位或移相全橋等結構，都在往高轉換率方向發(fā)展。而穩壓結構則是從單路磁放大到雙路磁放大再到現在流行的DC-DC結構，以更穩定的電壓輸出為目標進(jìn)化。有不少網(wǎng)友會(huì )說(shuō)：“我很久以前買(mǎi)的一個(gè)電源到現在都能用”，“便宜的電源不也是用的好好的”。其實(shí)當你的電腦功率不高時(shí)，配置再差的電源也能勉強支持電腦運作。不過(guò)便宜的電源對電腦供電會(huì )造成不少影響。
目前大部分電源都至少采用雙管正激結構，而轉換率高的電源則會(huì )采用LLC結構，當然我們要注意采用LLC半橋的電源的價(jià)格不能太便宜，因為這種結構的電源必須通過(guò)一定數量和質(zhì)量的電容才能支撐起性能。穩壓結構則關(guān)系到電源輸出到電腦的電壓穩定性。在選購400W以下的電源時(shí)，我們可以適當購買(mǎi)單路磁放大結構的電源。不過(guò)最好還是購買(mǎi)雙路磁放大 或DC-DC結構的電源。值得高興的是，很多新設計的金牌電源都會(huì )采用LLC加DC-DC這種比較先進(jìn)的結構。相信看完這篇文章，大家對電源結構及發(fā)展又有更進(jìn)一步的了解。
