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台湾|边拆解边科普!用全汉Hydro G Pro1000了解电源结构和原理( 三 )



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NTC热敏电阻的作用是防浪涌电流保护 , 它根据温度的变化改变电阻值 , 电脑在冷机状态启动时会产生一个很大的浪涌电流 , 可能烧毁电源和主机内部 。 NTC冷态电阻极大限制了开机冲击电流 。 通过大电流后 , NTC发热阻值下降为零 , 电源电流达到正常值 。 这时继电器工作 , 将NTC从电路中断开 , 使得NTC温度迅速下降 , 恢复高阻状态 , 为下次开机限流做好准备 。


主动式PFC电路
这部分是提高整流桥交流电变直流电时的利用率 , 一般由主电容和电感组成 , 这款Hydro G Pro1000采用的是一颗680uF耐压值450V耐温值105℃的铝电解电容(来自贵弥功株式会社公司 , 俗称黑金刚) 。
主电容需有保障后端的稳压能力 , 另外就是要有一定的储能能力 , 以便达到Intel ATX12V规范的满负载输出下保持时间不低于16ms要求 。 保持时间指的是交流输入被切断后起 , 到+5V输出跌落至4.75V(低于标准值5%)的时间 , 主要是用来保护机械硬盘 。 容量值当然可以用公式算出 , 这里就不介绍 , 一般来说500w的电源要达到300uF以上才算比较厚道(如果使用两个电容 , 是两个值的加和) 。 另外耐压400V , 耐温85℃可以说是最低标配了 。
其实被动式(无源)PFC也有电容(一般是2颗) , 用做倍压器 , 但现在大多数电源都是主动式的 , 这个就不展开讲了 。

PFC的全称是Power Factor Corrector , 意思是功率因数校正器(有效功率除以总耗电量 , 最高0.99) , 它在整流桥之后可以主动补偿交流电的的相位差 , 让交流电的波形和时间 , 尽量和直流电保持一致 , 这样可以在交流转换为直流时提高电源对市电的利用率 , 但并不是电源转换效率 , 并不能为用户省钱 , 而是为国家省钱 , 也能减少电源对市电电网的干扰和损耗 , 另外相比被动式能适应更高的电压范围 。


开关电源的核心当然就是开关电路了 , 主要工作原理是上桥和下桥的MOS管轮流导通 , 首先电流通过上桥MOS管流入 , 利用线圈的存储功能 , 将电能集聚在线圈中 , 再关闭上桥MOS管 , 打开下桥的MOS管 , 线圈和电容持续给外部供电 , 然后就重复这一过程 , 因为要轮流开关MOS管 , 所以称为开关电源 。 这样高压的直流电转变为高频脉冲电流 。
这款Hydro G Pro1000采用2颗MOS管 , 就是PFC开关管 , 具体型号为英飞凌 I60R120P7, 规格为16A@100℃;26A@25℃ , 漏源极击穿电压600V 。
在开关过程中 , 电压是输入电源电压和电感的磁场能转换成电能的叠加之后才形成的 , 这样输出电压高于输入电压 , 完成300V以上的升压过程 , 种叠加后的能量是通过二极供电给负载的 , 所以在旁边还能看到一颗二极管(2根针脚) , 一般称它为升压二极管 。 这颗具体型号是CREE/科锐 C3D08060A , 规格为15.5A@100℃;8A@150℃漏源极击穿电压600V 。


在这个散热片后面还能看到一颗管子 , 猜测可能是一个保护二级管 , 和升压二极管并联后(作为旁路)可以分流从而保护PFC开关管和升压二极管 。


变压电路
开关电源的拓扑具体种类是相当多 , 但随着多年的市场竞争 , 现在基本只能看到双管正激和LLC谐振拓(分半桥和全桥) 。 这款Hydro G Pro1000用的就是LLC谐振拓扑 , 其优势就是效率会做到相当高 , 是现在中高端电源的主流方案 。
一般情况下 , LLC结构会有3个变压器 , 主变压器最大 , 旁边的为谐振变压器 , 在远端还有一个5Vsb待机变压器 。


LLC分为半桥结构和全桥结构 , 全桥的标志是4个三极管或MOS管组成 , 而这款Hydro G Pro1000在二次侧的散热片上只有2个(型号拍不到) , 无疑是半桥结构的 。 这两个MOS管就叫做主开关管 。

其实双管正激也可以看到2个MOS管 , 它由单管正激升级而来 , 拓扑结构由两个功率开关管和两个二极管(用于复位)构成 , 相比单管正激而言 , 每个开关管承受的电压应力减半 , 输出整流方案选择多 , 可以肖特基整流 , 也可以同步整流 。 相关的控制技术成熟 , 因此输出纹波和动态性能都可以做好 。 但就是效率不容易做到很高 。 一般最高也就是金牌的效率 , 再高也能做 , 但成本上和LLC相比也没有优势 , 也就没啥意义了 。 开关的动作并不是瞬时完成 , 总会有一定的损耗 , 而LLC就很好地解决了这个问题 。
LLC拓扑中加入了电感Lr、励磁电感Lm、谐振电容Cr(LLC名称的由来) , 电容和电的能量互相传递的周期为谐振频率 , 再和次级电路连在一起 , 有更多不同的工作状态 , 原理也更加复杂 。 总之就是两个主 MOS 开关实现了零电压开通 , 通过软开关技术 , 可以降低电源的开关损耗 , 提高效率 。


稿源:(未知)

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