(编者注:其实以电源的发展趋势来看,电源产品向着轻薄转换效率高的目标进发,被动PFC这种笨重的电子元件以及谐波范围导致其将被逐渐淘汰,更先进更完善的电路设计搭配主动PFC造就高转换率环保节能的电源产品指日可待。)
高效源于同步整流技术
随着电子技术的迅猛发展,硬件电压供给需求呈现越来越低的趋势,流行的多核心CPU,工作电压均是很低,电压需求降低了,然而需求功耗则是有增无减。如果按照P=UI的物理公式来计算,配件适用电压较低,功耗增大,那么硬件对电流的要求则日益加重。以往的电源设计采用的整流二极管,在低电压电路中整流损耗方面已经接近输出的电源功率40%,输出电源的损耗导致降低了电源效率。当通过的电流值越来越大,要想电流的损耗进一步降低,到底该如何改善呢?同步整流电源技术其实已经相当成熟了,在众多电源大厂的产品中都采用到此款技术,次级整流电路中采用同步整流技术,确保了电源转换高效率、低损耗,其中一切玄机在于整流电路采用通态电阻极低的功率MOSFET取代了一直以来沿用的整流二极管。
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功率MOSFET整流器设计 |
传统的整流二极管在工作电压越来越低,电流越来越大的工作环境下,逐渐显露劣势,电路的整体电流损耗导致转换效率难以提升。
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同步整流和传统整流对比 |
新一代的同步整流技术不仅仅只是采用了通态电阻极低的功率MOSFET去取代传统的整流二极管,还在电流输出端的整流方式作出了修改,以往传统的二极管整流方式只是以直接导通的方式通过二极管进行输出,崭新的同步整流则是需要通过功率MOSFET的栅极电压必须与被整流后的电压相位保持同步才能完整一个整流工序,正因为采用了通态电阻极低的功率MOSFET,以I=U/R的公式来看,U为固定电压值,通态电阻越低则代表通过输出的电流值则越大,这样通过导通MOSFET后,电流依然保持较高的稳定性,而且损耗较小,相对比传统二极管高达1V的导通压降,仅为几毫欧的MOSFET转换器提供了更强大的转换能力,而且现今发展状况下,每颗MOSFET能够负载更大的电流量,而且以每导通60A仅损耗大概1%的指标确实在损耗方面大有长进。
集成度更高的MOSFET转换器模块,导通能力更强更快。功率密度的提升进一步预示了电源制品工艺的发展,将会向更小型化的产品发展,而且同步整流技术的出现,更好地搭配主动PFC电路,因为同步整流电路增强了电路的抗电磁干扰能力,电源内部各元件的干扰更小,电子元件的减少有利于成本的减少。不过以暂时同步整流设计的电路来看,还需要完善的PWM控制电路,因此在整体成本方面上还是比较难控制。
PWM控制电路的完善
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KA7500C PWM控制芯片 |
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航嘉多核R80的PWM控制电路 |
PWM控制电路是整个开关电源的核心部分,PWM控制电路既起着控制电路闭合状态控制作用,还可以实现各种不同的保护功能。完善的PWM控制电路可以很好地控制输出的电压稳定,主要工作原理在于控制反馈电路把电路信号发送到PWM IC,再调节开关管导通来实现稳压功能,电流通过PWM电路,电流与电压都受到监控,从信号反馈来辨别电流和电压的实际情况,倘若电压出现突发性降低,PWM电路则会通过转换输出端或直接采用保护断电的方式来实现保护功能,从而保护PC各配件的安全。航嘉多核R80的PWM控制电路PCB上整合了三颗日本LAMBDA的AS339P-E1 IC,搭配KA7500C IC,专业的控制芯片提供过压、欠压、过流、过功率、过温度保护功能,多达4颗的控制芯片可以全面监控各电路的情况,以达到响应时间更短的实施保护操作。
扎实的低压滤波电路
当电流通过多处的滤波处理以及整流之后,将要输入至PC,而最后的关卡——低压滤波电路是不能忽略的重要部分,纵使EMI电路完善、强劲的高压滤波处理、完整的变压器分流、主动PFC与先进的同步整流电路设计相搭配,最后的低压滤波电路稍有马虎,一切都是前功尽费。低压滤波电路部分一般都是采用大量的低压滤波电容以及扼流电感线圈进行滤波处理,显然航嘉多核R80的低压滤波电路相当完整,甚至能用豪华来形容,两个硕大的扼流电感线圈搭配大量的优质低压滤波电容组成整个滤波模块,确保输出的电流稳定纯净。