在聊PCB演化歷程之前，首先我們來溫習一下電源的PCB結(jié)構(gòu)。

 

▍ EMI濾波

 

EMI濾波系統(tǒng)在電源中的作用是過濾掉市電中的雜質(zhì)，使輸入電流更加純凈不會干擾硬件工作。一般來說，一個價格正常的電源都會有一、二級EMI濾波。有些電源會把一級EMI濾波做在輸入電源線腳上，而上圖的電源則將其做在PCB板上。

 

▍ 整流橋

 

電流經(jīng)過濾波后進入PFC，首先通過整流橋，整流橋?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)換成直流電。一般來說，整流橋在工作時都會有不少發(fā)熱量，設計優(yōu)秀的電源會將整流橋鎖在散熱片上，像愛國者電競500把兩塊整流橋直接設計在PCB板上是不合理的。

 

▍ PFC

 

從整流橋出來的電流進入PFC，PFC是Power Factor Correction的簡稱，翻譯過來就是功率因素校正。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有一定的電量支持電腦硬件作出反應。

 

▍ 變壓系統(tǒng)

 

接下來是變壓系統(tǒng)，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(wěn)壓、濾波

 

 

變壓器出來的電流會由經(jīng)過一次整流變成直流電，然后進行穩(wěn)壓濾波后才能輸出到電腦的各個硬件上。

 

 

復習完電源PCB的大致結(jié)構(gòu)，接下來就是今天的主題。這次我主要說說電源PCB上的 PFC 、 變壓系統(tǒng) 、 整流 、 穩(wěn)壓系統(tǒng) 的演變。

 

▍ PFC的變化

 

在很久很久以前， PC電源并沒有PFC結(jié)構(gòu) ，市電輸入后經(jīng)過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 ，在一個周期的其他時間都不會有電流輸入， 利用率相當?shù)?。而電源沒用到的電能并不會計入電費中，因此我們并不會造成任何浪費。相反則是國家供電網(wǎng)會浪費電能。我國PC的 3C認證是電源必須有PFC結(jié)構(gòu) 。

 

電容左側(cè)的被動式PFC

 

PFC分為主動式PFC和被動式PFC。被動式PFC就是一個體積較大的電感線圈，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。不過這種結(jié)構(gòu)勝在 成本低 ，在很多低端電源上能見到它的蹤跡。

 

 

為了提高利用率、擴大輸入電壓范圍，很多電源都舍棄被動式PFC改為采用主動式PFC。主動式PFC由電感線圈，濾波電容、開關管以及控制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。從被動式PFC進化成主動式PFC，電源的減少浪費電能，確實是好事。

 

 

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。這種電源使用起來是相當危險的，大家在購買電源時注意要優(yōu)先選擇采用主動式PFC的電源，如果想購買低功率電源可以適當買被動式PFC的電源。

 

▍變壓結(jié)構(gòu)的變化

 

說到變壓結(jié)構(gòu)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)友點贊認同。當然這也不怪他，這兩種結(jié)構(gòu)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了。

 

一大兩小變壓器與LLC結(jié)構(gòu)類似

 

先說說老式半橋，它的結(jié)構(gòu)十分明顯，變壓系統(tǒng)里有 一大兩小三個變壓器 。由于這是一種年代久遠的電源結(jié)構(gòu)，因此它的轉(zhuǎn)換效率并不高，最頂尖也不到80%。但是它的成本相當?shù)停话銜霈F(xiàn)在低價低功率的電源上。這種結(jié)構(gòu)一般會 搭配被動式PFC，使成本降到最低 ，不過現(xiàn)在已經(jīng)很少有這種結(jié)構(gòu)的電源了。(年代過于久遠，找不到清晰的素材)

 

 

在二十一世紀初開始興起另一種變壓結(jié)構(gòu)：正激結(jié)構(gòu)。以開關管數(shù)量不同分別有單管正激和雙管正激結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的最大特點是變壓系統(tǒng)中有 一大一小兩個變壓器 。雙管正激結(jié)構(gòu)的開關管更多，性能比單管正激結(jié)構(gòu)強不少，因此現(xiàn)在已經(jīng)很少有單管正激結(jié)構(gòu)的電源了。相較老式半橋，正激結(jié)構(gòu)的電源轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)：有源鉗位正激結(jié)構(gòu)，它是由全漢創(chuàng)造出來的一種結(jié)構(gòu)。它能把電源轉(zhuǎn)換率可以做到金牌標準以上，不過用料不足會導致輸出紋波過大，因此相應成本也提高不少。由于這種結(jié)構(gòu)普及率較低，我就不多介紹了。

 

近幾年興起一種名為LLC的新型結(jié)構(gòu)，上文提到這種結(jié)構(gòu)與老式半橋類似，都是有 一大兩小三個變壓器 。其實這里有個很簡單的區(qū)分方法，老式半橋電源轉(zhuǎn)換率極低，而LLC電源的轉(zhuǎn)換率能輕松達到金牌標準。我們只需要通過電源轉(zhuǎn)換率即可分辨兩種不同結(jié)構(gòu)。LLC又分為LLC半橋和LLC全橋。一般來說這種結(jié)構(gòu)的電源轉(zhuǎn)換率能做到白金標準，相較于雙管正激結(jié)構(gòu)，它的成本較低，動態(tài)性能較弱，可以通過無腦堆料增加電容的方式彌補缺陷，是目前最流行的電源結(jié)構(gòu)。不過在400W以下的電源，LLC結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)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(zhuǎn)換率上又有所提升，相應地成本也會提高。我們能在高功率的白金標準電源上看到這種結(jié)構(gòu)。

 

▍ 整流管的進化

 

接下來說說整流管的變化，其實整流管變化不多。以前的電源大多采用多枚肖特基管進行整流，而現(xiàn)在越來越多廠商采用MOS管代替肖特基管進行同步整流。采用MOS管可以進一步提高電源轉(zhuǎn)換率，金牌標準以上的電源基本都能看到這個設計。

 

▍ 穩(wěn)壓輸出結(jié)構(gòu)也有優(yōu)化

 

最后要說一下穩(wěn)壓輸出部分。我們常見的電源會采用單路磁放大，雙路磁放大或者DC-DC結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)會影響+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(jié)構(gòu)則是單路磁放大。這些不同結(jié)構(gòu)之間的區(qū)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 主變壓器附近會有一個小線圈 。而+12V和+5V由PWM芯片控制。因此+12V高負載時會對+5V輸出電壓造成很大影響。而在 穩(wěn)流結(jié)構(gòu)的位置會有兩個線圈 分別給+12V和+5V進行穩(wěn)流。

 

雙路磁放大，將+5V和+3.3V獨立出來，這種結(jié)構(gòu)的特點是在 主變壓器附近會有兩個小線圈 ， 穩(wěn)流結(jié)構(gòu)的位置會有3個大線圈 對應+12V、+5V和+3.3V。因為+5V和+3.3V獨立出來，+12V高負載時對其他兩路輸出電壓的影響會有所減少。這是一種從單路磁放大進化而來的結(jié)構(gòu)，解決了單路磁放大使用上出現(xiàn)的部分缺陷。

 

雖然雙路磁放大結(jié)構(gòu)可以控制+12V對+5V和+3.3V的電壓影響，但并不能完全解決問題。因此一種新型的穩(wěn)流結(jié)構(gòu)面世：DC-DC結(jié)構(gòu)。簡單來說，這種結(jié)構(gòu)是從+12V取電直接降壓成+5V和+3.3V然后輸出，因此+12V的額定功率可以無限制地做大。這種結(jié)構(gòu)是最容易辨別的，在穩(wěn)流結(jié)構(gòu)的位置上會有一塊垂直的PCB，上面帶有兩個線圈。

 

甚至我們不需要拆開電源內(nèi)部就能分別一個電源是不是DC-DC結(jié)構(gòu)。我們可以觀察電源的銘牌，如果 電源的+12V最大功率是十分接近電源額定功率 ，則這個電源是采用DC-DC結(jié)構(gòu)。DC-DC也在逐漸代替雙路磁放大成為高瓦數(shù)電源的標配設計。

 

 

隨著時間推移，電源的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)再到現(xiàn)在的LLC結(jié)構(gòu)，甚至還有有源鉗位或移相全橋等結(jié)構(gòu)，都在往高轉(zhuǎn)換率方向發(fā)展。而穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)則是從單路磁放大到雙路磁放大再到現(xiàn)在流行的DC-DC結(jié)構(gòu)，以更穩(wěn)定的電壓輸出為目標進化。有不少網(wǎng)友會說：“我很久以前買的一個電源到現(xiàn)在都能用”，“便宜的電源不也是用的好好的”。其實當你的電腦功率不高時，配置再差的電源也能勉強支持電腦運作。不過便宜的電源對電腦供電會造成不少影響。

 

目前大部分電源都至少采用雙管正激結(jié)構(gòu)，而轉(zhuǎn)換率高的電源則會采用LLC結(jié)構(gòu)，當然我們要注意采用LLC半橋的電源的價格不能太便宜，因為這種結(jié)構(gòu)的電源必須通過一定數(shù)量和質(zhì)量的電容才能支撐起性能。穩(wěn)壓結(jié)構(gòu)則關系到電源輸出到電腦的電壓穩(wěn)定性。在選購400W以下的電源時，我們可以適當購買單路磁放大結(jié)構(gòu)的電源。不過最好還是購買雙路磁放大 或DC-DC結(jié)構(gòu)的電源。值得高興的是，很多新設計的金牌電源都會采用LLC加DC-DC這種比較先進的結(jié)構(gòu)。相信看完這篇文章，大家對電源結(jié)構(gòu)及發(fā)展又有更進一步的了解。