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教你几个有技术含量的电源选购技巧

2014-01-27郭景希《微型计算机》2014年1月上

去年末,MC曾连续3期报道了有关电源设计原理和电源原材料品质判断的文章,对于喜欢研究技术的MCer来说绝对是饕餮大餐。然而大多数用户在选购电源时不会如此深入地研究,那有没有一种深入浅出的方法来判断电源的优劣呢?答案是肯定的,MC现在就教给大家一些相对比较容易掌握的要点,费事儿不多,却能让你瞬间变身成为商家不敢忽悠的专家……

所有电源都会在外壳上标注“非专业人员不得擅自打开”,原因是电容和电感具有储能作用,断电后这两个器件中的电能并不会马上消失,而是以一个缓慢的速度变成热量耗散掉。在能量彻底消散前,人体不慎碰到这两个器件,尤其是与之相连的焊点时,可能会受到高压电击(可高达450V)。笔者亲身经历,虽然不会受到严重伤害但会很难受。本着安全第一的原则,有兴趣对电源下手的DI Yer需要注意,务必在断开电源线并放置10~20分钟后进行开壳操作,此时电源的储能应该降到了安全范围。此外,用万用表的交流电压档测量电解电容引脚上的电压则是更稳妥的方式,读数低于36V以后可以直接用表笔短接电容来进行放电,然后MCer就可以放心大胆地把玩电源的电路板了。

在这里之所以强调“开盖”技巧,主要是电源产品不同于其他DIY配件,不开盖将很难判断出产品优劣。当然,真需要MCer自己动手开盖的机会并不多,MC测试过的产品都会放出拆解图,不少电源厂商也会提供产品的拆解图片。在此基础上,我们要做的是学会内行看门道!内行速成并不难,弄清4大点,菜鸟也能变大师。

主电容位置、形态示例。
主电容位置、形态示例。

输出端的电容集群
输出端的电容集群

多了记不住?——电容看Bulk就好

电源使用的电容主要是电解电容,它们是电源中主要的储能元件,通常会在P F C的输出与功率变换器的输入端之间布置一个Bulk大电容,在输出端安放若干低耐压大容量的输出滤波电容。对普通消费者来说,不需要了解每一个电容的质量,主要弄清位于PFC输出端和变换器输入端之间的Bulk就可以了。Bulk,意为“大块头”,“大水塘”;或主滤波电容,也就是MC在测试中常提的主电容。

我们通常只需要关注主电容的容量、耐压值和温度特性三个主要参数。

容量:记住≥42.5μF/100W原则

目前主流电源大多采用APFC主动式设计,由于增加了PFC电感等储能元件,主电容的容量压力小了很多。对于这类主动式PFC电源,主电容容量有个比较稳妥的阈值考查方式,即:42.5μF/100W,如额定输出500W的电源,主电容容量不应低于212.5μF。当然,大容量电容还可以降低输出中50H z电网纹波的幅度,一般容量越小,电容中电流纹波就会越大,不稳定的同时带来更多发热。此外,主电容还会明显影响电源的“保持时间”(电源插头接触不良、短暂断线等情况,电源输出短时间内不受影响)。能有效保护正准备写入硬盘的数据,也能避免配件因为突然断电而损坏。对于42.5μF/100W这个参数,保持时间在15ms左右,容量越大保持时间越长。所以,安全的电源其主电容容量一定不是刚好达到42.5μF/100W比值而是更高,理论上容量是多多益善。

耐压值:与宽幅性能息息相关

宽幅输入即能够允许输入电网电压有大范围波动,通常指支持90~240V输入电压。支持宽幅输入是优秀电源的重要特性之一,它能有效避免电网波动对PC带来的影响,保证用户的PC随时都可以稳定、持续工作。为了此目的,主电容的耐压值在450V~500V才是可取的,低了就。

MCer可以通过一些简单的计算来估计电容的耐压值取得是否合适。标称大输入电压×1.414,得到一个高输入电压X。那么升压PFC电路的输出电压肯定是要高于X的。X÷0.95,得到一个估计的升压器高输出Y。Y÷0.9,得到所需的电容耐压值。取0.9是考虑到设计余量,稳妥的设计中这个余量会取到0.85、0.8,但是由于会显著增加电解电容的成本和体积,所以在极力压缩成本的背景下,不少厂商都选择了铤而走险。

如上准则,标称支持240V输入的电源,其主电容耐压值应该≥240×1.414÷0.95÷0.9=396.9V。读者可以尝试计算一下,对于标称90V~265V宽幅电压输入的电源,电解电容的耐压应该在450V以上。如果拆解发现主电容耐压值不够,就显然具有虚标嫌疑。

温度:影响系统的寿命

电容上标明的温度值指的是这枚电容在这个温度下的寿命约为2000小时,而工程中估算的方法是实际工作温度在标注值的基础上每降低10℃,电容寿命增加一倍。所以105℃的电容比85℃的电容更长寿,理论上有后者3倍寿命。不过考虑到PC更新换代的速度非常快,是否需要长寿电容也是见仁见智的问题。

另外,需要特别强调一下输出端滤波电容的温度参数。因为输出端往往是元件密集,导线缠绕的地方。输出端的热对流比较差,很容易出现热量堆积问题。所以也有必要注意一下输出端电容的温度参数。我们看到不少服役时间较长的电源中,输出端的电容出现了鼓胀或者漏液的情况而输入滤波看上去却没什么问题。

名堂多——磁性器件重点关注PFC

包括变压电路、PFC电感等在内,电源上的磁性器件众多。尤其是变压器,是电源中名堂多的器件。即便是资深工程师也很难有自信说自己完全掌握了变压器设计。对于消费者来说更没有什么判断好坏的规律。仅有一点,变压器中心包裹了一圈铜带并接地的做法,是为了降低EMI辐射。这种细节被很多厂商忽视,若重视了这种细节,相信这款产品的原料品质也应该不差。

某标称输出500W,支持100~240V输入的电源上使用的主电容,玩家能判断出它是否“合格”了吗?
某标称输出500W,支持100~240V输入的电源上使用的主电容,玩家能判断出它是否“合格”了吗?

PFC电感:体积并不说明好坏,线粗才是关键!

有很多因素都会影响PFC电感的体积,从电感的体积上判断PFC电感优劣是对大家的一种误导。但是有个要点MCer可以记住:

电感的线径越粗,即单位长度的电阻越小,流过相同电流时的损耗越小,所以导线越粗的越好。从导线的粗细也可以判断90~265V的宽电压输入是否存在虚标。因为相同的输入功率下,低输入电压时的电流更大,较细的导线是无法应付的,会出现发热严重的问题。

看看这两个PFC电感,MCer现在是不是能一眼就分出那款产品的宽幅支持能力更好了
看看这两个PFC电感,MCer现在是不是能一眼就分出那款产品的宽幅支持能力更好了

难、也简单——半导体管子看品牌

由于功率管、整流管的种类多样、参数繁多,详述每一个参数的影响并不现实,所以这个器件对玩家来说也是难判断优劣的。因此MC给大家提供一种简单的方法:看品牌。

一般来说,ST(意法半导体)、IR(国际整流公司)、Fairchild(仙童)这三个公司的管子好,是“第一梯队”。它们的功率管综合性能很好,而且往往有较强的耐冲击能力,可靠性比较高。接下来是Inf ineon(英飞凌)和Toshi ba(东芝)。再下来是TSC(台湾半导体)、Motorola(摩托罗拉)、Vishay(威世)。以上品牌基本覆盖了绝大多数的市售电源,其中Toshi ba是市场占有率高的,这很大程度上是因为它的价格相对更便宜。

引脚上加小磁环的MOSFET。
引脚上加小磁环的MOSFET。

比较典型的两级EMI滤波设计
比较典型的两级EMI滤波设计

空焊严重的电路。
空焊严重的电路。

偷料重灾区——你不得不重视的EMI

EMI全称Electro-MagneticInterference。测评中常说的“EMI电路”,准确点说应该称为“EMI 抑制电路”。EMI分为传导干扰与辐射干扰两种,传导干扰指的是通过导线影响其他连接在该导线上的设备,而辐射干扰指的就是向空间发射的电磁场(即常说的“辐射”)。一般说来,EMI是不能完全消除的,只能设法将其降低至可接受的范围。而开关电源,算得上是PC中恶劣的EMI干扰源。抑制传导干扰的主要方法就是添加EMI滤波电路,而抑制辐射干扰的主要方法是添加EMI屏蔽(比如接地良好的封闭式全金属机壳),以及从原材料根源上抑制EMI的产生,例如使用引脚上加小磁环的MOSFET。

可以说一台电源的EMI设计好坏,对PC的稳定性和使用者的健康都有明显影响,重要性不言而喻。但EMI这种东西看不见摸不着,添加抑制措施电源主要性能也不会提高,只会明显提高成本,所以EMI抑制电路成为偷工减料泛滥的地方。

一个典型的两级式EMI滤波器如左中图所示,由L1、CY1与CY2构成共模干扰抑制;由CX1、L2、CX2共同构成差摸干扰抑制。共模与差摸的概念属于较深的电学概念,读者们不需要深究,只需要理解这两级EMI滤波电路对付的是不同的东西,而不是简单的叠加起来获得更好的效果。如果把导线比喻成高速公路,干扰则是在高速公路上超速或胡乱行驶的汽车。而布置L1与L2的作用就是为整个高速公路添加“限速带”,强制限速;X电容与Y电容则是高速路出口,把一些不适合在限速带上行驶的汽车请下高速路。有时候一些偷工减料的厂商会“很可爱”地在PCB上留出为这些器件准备的焊盘,而不安装器件。如果在整流桥与输入接线中间发现了空焊盘,特别是一些标有“CX”、“CY”却没有器件的焊盘,则可以判断为偷工减料。

授之以渔,鱼犹在后

有关电源选购的技巧,介绍到这里也就告一段落了。MC所介绍的方式,不仅有助于MCer现学现用选购电源,也能帮助MCer以后查看电源相关的评测时,看出更多门道。看过本文,相信你能在众多标称额定功率一样的电源中“知其然”地判断出孰优孰劣。若想“知其所以然”的读者不妨翻看MC去年末的电源技术连载介绍。而接下来MC将会帮MCer整理出当前市场上热门的电源产品,依照本文介绍的方式去解析或评测,给大家带来更为直观的。MCer敬请期待吧。

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