[心得] 近期電源常見術語及結構說明

[wolflsi (港都狼仔)]

最近市場上電源有幾個常見術語及結構，這篇文章在下提供簡單的解釋

1.雙DC-DC
DC-DC電路的全名是直流轉直流電源電路，以往在主機板/顯示卡上最為常見(轉換CPU/GPU
的核心電壓、記憶體及週邊電路零件所需電壓等)，另一個比較常聽到的是VRM(Voltage
Regulator Module電壓調節模組)，主要是進行不同電壓的轉換，在電源中使用的DC-DC就
是將12V轉換成3.3V、5V、-12V等電壓，因為DC-DC電路多採交換式(Switching)結構，比
起傳統電源採用的磁放大(Magnetic Amplifier)電路有更高的效率，另外經12V轉換出
3.3V/5V，彼此輸出電流不平均下的影響可以降到最低，對於現今使用12V為主的電腦系統
，可避免因為3.3V/5V負載量影響12V的輸出，所以目前比較好的電源，尤其是高效率機種
，都會採用雙DC-DC甚至三DC-DC的架構

2.交叉調整率Cross-Regulation
Cross-Regulation又被稱作交叉調整率，因為電腦用電源供應器屬於多輸出電源，同時輸
出3.3V/5V/12V/-12V，傳統電源上，只要3.3V/5V/12V其中一組輸出的電流發生變動，其
他組的輸出電壓就會受到影響。以目前電腦系統配置來說，CPU/GPU主要用電都集中在12V
上，3.3V/5V消耗量已不如以往，採單主變壓器並使用單組磁放大電路穩定3.3V的傳統電
源在12V負載加重時，電源供應器為了避免3.3V/5V電壓受到影響(超壓)，此時12V電壓會
被”牽制住”而產生壓降。為了解決這種問題，電源開始採用雙磁放大電路，也就是同時
使用磁放大電路穩定3.3V/5V，不過單磁放大與雙磁放大都會因為電壓調整範圍不夠，而
無法同時滿足電源輸出輕載與重載下的條件，尤其Intel在Haswell平台開始，要求在節能
模式下12V必須要能輸出最低0.05A電流的要求，對於傳統單磁/雙磁放大的電源，12V輕載
下的3.3V/5V輸出也會受到其影響，當時為了這個問題，部分高瓦數電源採用3.3V/5V一組
功率級、12V一組功率級的設計，不過因為體積占用過大，後續就由雙DC-DC電路去取代，
以目前電源來說，採用雙DC-DC是目前改善交叉調整率的一個主要方法

3.無橋式APFC
80PLUS認證中的鈦金(Titanium)認證，115V輸入下其輸出百分比及轉換效率要求分別為
10%輸出90%效率、20%輸出92%效率、50%輸出94%效率、100%輸出90%效率，除了
20%/50%/100%輸出下的轉換效率必須要提升外，還多要求一個10%下的輕載轉換效率，大
部分高效率電源在輕載時會採用調降APFC電壓、進入跳週期模式(Skipped Mode)來降低功
耗，但是為了改善整體轉換效率，鈦金高效率電源開始採用Bridgeless APFC(無橋式主動
功因修正)，顧名思義就是把APFC電路中，用來處理所有交流轉直流電源功率的橋式整流
器，使用原本APFC終就會使用的高速MOSFET及碳化矽蕭特基(SiC Schottky)高壓二極體來
取代，因為MOSFET有低導通阻抗的特性，比起傳統橋式整流器存在1.4V(全波整流下每周
期會經過兩顆二極體0.7V*2)的順向偏壓損失，要有更低的功率消耗，整體APFC電路可因
此減少5~8%的效率損失。依照結構，有分為Bridgeless(無橋)、Dual-Boost(雙升壓)、
Semi-Bridgeless(半無橋)、PSSB(Phase-Shift Semi-Bridgeless移相半無橋)、
Totem-Pole Bridgeless(圖騰柱無橋)

4.諧振轉換器Resonant Converter
電源中轉換器(Converter)的主要功用就是負責將APFC輸出的高壓直流轉換成低壓直流12V
，也常被稱功率級(Power Stage)，相較於傳統電源使用的PWM(脈寬調變)轉換器，80PLUS
金牌/白金牌效率電源大多採用諧振轉換器(Resonant Converter)，透過諧振電感與諧振
電容組合的諧振槽(Resonant Tank)，以頻率調變(FM)方式來控制輸出的功率。電腦電源
中最常見的是LLC諧振槽電路，經由諧振槽的激磁電流，能讓一次側MOSFET寄生電容能量
消除，使其運作在ZVS(零電壓切換)區間，可讓MOSFET降低開關應力，部分廠商在LLC諧振
電路上也有一些改良款，使其有更寬的最佳轉換效率區間及更小的頻率調變區間，讓電源
有更好的效能。電腦用電源設計上常見的有HB LLC(半橋式LLC)、FB LLC(全橋式LLC)，半
橋式使用的MOSFET數量為全橋式的一半，其驅動電路也比較簡單，不過在大功率電源上，
仍以全橋電路設計採用較多

5.同步整流Synchronous Rectifier
主功率級經過變壓器轉換後，二次側需要經過整流才會從高頻交流變成直流電，傳統電源
使用蕭特基障壁二極體(Schottky Barrier Diode，SBD)來進行整流，因為其帶有
0.3~0.5V的順向偏壓損失，雖比起矽二極體的0.7V要低，但仍會造成損失，隨著輸出電流
增加，其損失的功率也就越高(損失功率=順向偏壓X流過電流)，即使並聯多顆SBD，也只
是降低每一顆所負擔的功率損失，避免單顆集中過高功耗導致過熱燒毀，整體功率損失仍
不會改變。而MOSFET傳輸損耗是由其RDS(ON)乘上平方電流來決定，所以採用更低RDS(ON)
的MOSFET，可降低其傳輸損耗，若是並聯更多的MOSFET，電流分配到多顆MOSFET上時，產
生的傳輸損耗會更小。例如分擔到兩顆MOSFET，每個元件損耗可以減少1/4(1/2平方為
1/4)，整體損耗就可下降一半，所以在高效率電源上，二次側大量採用同步整流，大功率
電源還會並聯多顆MOSFET，以降低二次側所產生的損耗，也可降低產生的熱量及提高轉換
效率。同步整流中另一個主角是同步整流控制器(SR Controller)，須具備高切換頻率、
大電流MOSFET驅動能力，也需要保護電路，避免高端(High-side)與低端(Low-side)的同
步整流MOSFET被同時啟動導致短路造成損壞

報告完畢，謝謝收看

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推 jay17988    : 電蝦U文
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推 kenApp      : 謝狼大解說
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推 goldie      : 狼大文，先推。
推 Luciferspear: 跪
推 jeffzero    : 是不是該收精華？
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推 wei821101   : 推
推 MoneyBlue   : 先推再說
推 tentryway   : 先推再說啦!
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推 askseeknock : 深入淺出，已跪！
推 selnec      : 長知識推
推 Litfal      : 這些東西有什麼是換了更先進的會降低成本的嗎？還是
→ Litfal      : 都更貴？
主要是為了提升轉換效率及性能表現
例如一次側MOSFET要用低阻抗+強化軟交換型號，二次側同步整流要換低阻抗+耐大電流
改良變壓器設計等等，這些都是要成本，且用在低瓦數上不太划算

推 Feketerigo  : 推狼大 長知識
推 Burney000000: 推狼大科普
推 ang728      : 都會更貴而已
$_$
不過量產以後是可以分擔研發/試製成本

推 libramai    : 跪推
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推 vakaTNT     : 趕快推，免得被人發現自己看不懂
推 alen60212   : 推
推 non036      : 推狼大！狼大推！
推 doomerptt   : 推
推 ken720331   : 推
推 yys310      : 科普推
推 hankower    : 快推 免得別人以為我看不懂
推 Lumia625    : 寫得很清楚給推 不過這真的有有電子電路基礎才好懂
常被抱怨評測看不懂(淚奔)
難道也要來個星級評分?

推 kagayama    : 推
推 toploader   : 這類文章超重要，跟辭典一樣
推 ronald279   : 推
推 POH14       : 我文組不懂
推 rtwodtwo    : 電路學... 我的頭又開始痛了
推 mizumutsuki : 文組不懂+1，但加減看，希望能學到一點東西
→ mizumutsuki : 希望日後有機會了解
推 SPDY        : 推
推 vasia       : 強
推 remia81     : 推
推 doomerptt   : 反正白金以下的 (1)半橋/全橋(高瓦)LLC諧振
→ doomerptt   : 白金,金,銀(振華),銅(少見 如:振華/七盟)
→ doomerptt   : (2)主動鉗位順向式 80+有 金,銀,銅(少見 如:bq)
→ doomerptt   : (3)雙晶順向式 80+有 金(少見 如:保銳cwt代工),銀(
→ doomerptt   : 少見 如:全漢/cwt),銅,白
→ doomerptt   : 2次側 SBD整流/mosfet同步整流
→ doomerptt   : 再來 單磁性放大(12v+5v共用電感)
→ doomerptt   : 雙磁性放大(12v 5v 3.3v獨立電感)目前市面幾乎消失
→ doomerptt   : dc to dc,整流變12v,3.3v+5v再從12v分出來用(12vdc
→ doomerptt   : to dc出3.3v,5v)
高效率中比較奇葩的就金鈦極/皇鈦極，用改良APFC+主動箝位弄出金牌跟白金
當然二次側設計也是一個點，不過後來也都是改LLC+雙DC-DC了

推 Parodius    : 看不懂必推 !
※ 編輯: wolflsi (114.40.149.141), 09/24/2017 14:46:22
推 goldie      : 長知識了！謝謝。
推 CHOCOLA1983 : 狼大先推了，雖然我看不董 XD
推 vic81324    : 推推
推 JiYeonSHINY : 先推 以免被人家說看不懂
推 a3460981    : 看不懂自首
推 ping870224  : 只看懂一半@@
推 yijen321    : 長知識推
推 doomerptt   : 還有皇太極白金齁 忘了@@
→ doomerptt   : https://goo.gl/Gfnhb8可以改舉牌,不用幾星
這樣要做好幾支牌子(誤)

→ w113353     : 來個狼式認證標準(?
推 mars0803    : 推狼大
推 twosheep0603: 想起電子學跟電路學 頭又開始痛了
推 jeff0501    : 推
推 yafx4200p   : 電蝦教科書
推 cccon1ine   : 先推再看‼
推 Azure5200   : 推
推 Cubelia     : 讚
推 DirtyMoney  : 推
推 soane       : 推！
推 aksone      : 有狼就給推(?)
推 opsoo       : 看不懂可是看得出你很認真
推 yuijrt      : 看到一半放棄只能推
推 darkdeus    : 長知識了
推 peterkuo    : 推
推 Kowdan      : 先推再看
推 mongduo     : 推推
推 delaluna    : 所以皇鈦極算是用比較難做高效率的架構 靠堆料把
→ delaluna    : 效率稱上去嗎?
也不算是堆料，只是用了比較特別的作法
APFC改良、主動箝位順向、主變壓器出12V/5V採同步整流、AC-DC轉3.3V
比較像是單磁放大改良版

→ azuredon    : 謝謝分享
推 kme6833291  : 推
推 doomerptt   : 比較難做高效率的架構是雙晶順向,真正的堆料
→ doomerptt   : https://goo.gl/ugP3AC像保銳這顆是cwt代工的DSA IV
→ doomerptt   : 就只靠傳統的雙晶順向式 同部整流 dc to dc
DSA也算是CWT長青系列，改了好幾代

推 darktasi    : 推
推 ctes940008  : 推
推 kevin911282 : 優文 直接推 慢慢看
推 zx3017      : 跪
推 Peteroo     : 推 太受用了
推 oct710226   : 推專業
推 david10ne   : 推
推 kevinyin    : 收精華區！
推 l0l1c0n     : 推 學習中很有用
推 vincentwg   : 狼大專業!
推 yuoyaiv     : 超用心 推推了
推 zecters2011 : 好文值得細細研究
推 pttresident : push
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噓 st09094238  : 看不懂辣
→ x10afreedom : 推
推 sdbb        : 有看有推
推 seanflower  : 推
→ ang728      : 以前的CWT的雙晶金牌平台就是堆料王阿
出廠應該會先挑一下，效率沒過的刷下來

推 mesmerising : 推！
推 sufate      : 推科普
推 jackysai    : 朝聖狼大
推 leolun8122  : 電力電子 推一個
推 hellomotogg : 推狼仔認證
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推 Subliminal  : 才疏學淺看不太懂，但推您的熱心
推 nfbsabc     : 感謝分享  推
推 taxi567     : 推
推 Bimatow     : 推狼大專業文
推 mustangccx  : 推
推 q4032005    : 推一個
推 borry6299   : 借版問一下，1080ti用rm550x推如何，360水冷排3+3
→ borry6299   : 風扇
推 wryyyyyyyy  : 推
推 prn258      : 3.好像也能叫同步整流? 簡單但是砸錢的同步整流XD?
換個方向也能這麼說，把MOSFET與SiC Schottky當成整流兼升壓元件
少掉一個橋整浪費，但得用兩組MOSFET+SiC，而且很吃設計，沒弄好EMI會不好解

推 angel2210   : 推推
推 memori0319  : 推
推 LastAttack  : 推
推 wax0000     : 電力組給推
→ lolpklol0975: .....這不是 網路上都查的到的基本知識嗎
→ lolpklol0975: 複製貼上 厂厂
推 Windcws9Z   : 樓上也請你複製貼上發一篇文拔 厂厂
推 max5566     : 強
→ max5566     : 某樓神邏輯 那幹嘛去學校念書 都上網查的到啊
推 ry3298      : 推
推 doomerptt   : 屁孩:pk啦
推 et803       : 推熱心 沒了解很深入了解 但有人整理就再看一次
推 kngs555     : 就算沒上學只上網也看不懂啦
推 plokm1221   : 狼大94專業
推 tonyhom     : 這裡哪篇不是網路上查的到的 廠廠
推 jbuilder1022: 這篇就算沒學過電力電子也可以了解大概，已經超棒
→ jbuilder1022: 魯叔我20年沒碰過電力電子，印象中是先降壓在作ac t
→ jbuilder1022: o dc 轉換文章卻是先轉換再降壓可以請教一下嗎
傳統電腦用電源
輸入交流經整流後變成高壓直流，經一次側透過PWM控制輸入主變壓器，
主變壓器的二次繞組經過SBD整流後輸出各路所需直流電壓
單磁放大機種，由5V繞組經磁放大電路輸出3.3V
雙磁放大機種，由一組獨立繞組經過兩組磁放大電路輸出5V與3.3V
近期銅牌雙DC-DC機種，由整流後的12V經過兩組DC-DC電路輸出5V與3.3V

常見高效率電腦用電源
輸入交流先經過整流，然後進入APFC改善交流端功率因數，轉換成高壓直流
經過一次側及諧振槽輸入主變壓器，主變壓器二次繞組經過全波同步整流輸出12V
再由兩組DC-DC把12V轉換成5V與3.3V(部分的-12V也會由DC-DC經12V轉換而來)

→ hamasakino  : 推
推 damnedfish  : 推
推 kanyewest927: 太長 我膝蓋受不鳥惹
推 cloudin     : 推
推 weimr       : 推
推 amadeustwo  : 這不推不行
推 kqalea      : 跪的不要不要的
推 dididiy     : 厲害厲害
推 ituna0421   : 快推免得被說看不懂
※ 編輯: wolflsi (101.9.154.25), 09/25/2017 12:46:04
推 tyr2004     : 推
推 locklose    : 推
推 jk01        : 專業推
推 powergreen  : 推
→ ptt987654321: 如果能讓不懂DER人也能看懂  狼大就更高境界惹
推 sofari      : U文
推 xsky00y     : 推
把文章簡化成這樣會不會比較容易看懂呢?(擦汗)

1.雙DC-DC
電源中將12V轉換成3.3V、5V、-12V等電壓的電路，比起傳統設計有更好的效率及更好的
交叉調整率

2.交叉調整率Cross-Regulation
電源3.3V/5V/12V輸出之間彼此影響的程度，交叉調整率越好，彼此間影響越小

3.無橋式APFC
減少傳統電源中APFC區塊功耗損失，提升電源轉換效率

4.諧振轉換器ResonantConverter
屏除傳統脈寬控制方式，利用諧振及變頻控制方式來提升電源轉換效率

5.同步整流Synchronous Rectifier
降低電源輸出電壓的整流損失，降低廢熱及提升電源轉換效率
※ 編輯: wolflsi (101.13.81.46), 09/26/2017 08:45:26
推 doomerptt   : 用心
推 Windcws9Z   : 推狼大
推 waterblue85 : 這篇文章看下來銀之魂架構會比NE2還要好嗎？
推 doomerptt   : 是的,同樣是雙晶順向,dc to dc,但銀是同部整流出12v
→ doomerptt   : ne2是SBD,當然銀(限450/550w)的效率 溫度表現要較好
→ doomerptt   :                                      步
推 M013        : ☺
推 megxz       : 推
推 MirageAngel : █━━━━━━━━━━━━━━━━━█推用心分享
噓 st8986      : 請問FOCUS +與PRIME電路結構會比較推誰呢?
推 st8986      : 按錯符號 給推文 錯按噓
推 st8986      : 推優文
推 cvbb12345   : 推狼大優質文