边拆解边科普!用颗Hydro G Pro1000来了解电源原理和结构
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thepj247 楼主
整理下自己的资料,希望能好好梳理一篇能让大多数人都看得懂的,关于电源拆解和简单科普的文章。
当然由于本人只是爱好者,并不是专业人士,所以难免有错误或遗漏的地方,欢迎大家交流以及指正。
惨遭拆解的电源是全汉 Hydro G Pro1000W电源,为啥不拆解个主流的500~600w电源?因为1000w电源的结构和电器元件更加完整,看完1000w的拆解,再去比对500w,600w的,就知道电源哪里简化了,元件哪里缩水了。当然拆解后将失去保修,还是我们这些发烧友来做吧。
当你第一次打开电源后(千万不要连着电哦[滑稽]!),很可能只认出了电源风扇和散热片,其它的一些奇奇怪怪的元器就不知道了!所以还是得从源头来讲起。
2021年12月03日 08点12分 1
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thepj247 楼主
▼故事要从1884年说起,一个名叫特斯拉的年轻人带着前雇主的介绍信去找他的偶像——托马斯·爱迪生,希望他能帮助自己完成交流电系统的发明。。。。。。算了,篇幅有限就不讲这个故事了,大家有兴趣可以去查查这段有趣的历史。反正就是最后交流电被认可,取代了直流电,成了供电主流,毕竟交流电在发电和输送上的成本更优
▼但除了纯阻性设备和一些电机之外,我们的家用电器一般均使用直流电,尤其是IT产品等等设备的电子元器件只能识别有电位为1、无电位为0,所以就无法对交流电这种波动的变量进行
正确的
逻辑判断。那么用一句话来说明PC电源的作用就是:把较高的交流电(AC)变成PC电脑工作所需要的较低的直流电(DC)。
交流电是指电流方向随时间作周期性变化的电流,在一个周期内的平均电流为零。
直流电是指电流状态,大小、方向不随时间变化的电流。
▼但其实真正的转换过程要复杂得多,中间还会经历脉动(直流)电这一过程。
脉冲电流也叫脉动电流,就是指方向不变而强度变化的电流。
2021年12月03日 08点12分 2
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没了?
2021年12月03日 08点12分 3
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thepj247 楼主
PC电源的具体工作流程如下:交流电在滤波和整流后变为直流电,接着进入开关电路把直流电转为高频脉动直流电,再送到变压器降压得到低压的脉动电,在经过整流和滤波后最终得到电脑所需的,相对纯净的低压直流电。
这是一个开关电源的典型流程,特点是在一次侧(变压器之前)保持高压、高频状态进行滤波和整理,由于电容以及变压器的大小和电流频率成反比,这样电器元件就可以做的比较小,另外开关电源可以根据与之相连的耗电设备的功耗的大小来自我调整,从而降低发热量,提高效率,也更加节能。缺点就是设计相对复杂,有高频干扰。
与之相对就是线性电源,它的流程就是先降压然后再整流,这样体积就比较大,效率也低。优点是结构简单,稳定度高,波纹较小,适合为低功耗设备供电。这两种都是典型的直流电源。
2021年12月03日 08点12分 4
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快更[怒][怒][怒]
2021年12月03日 08点12分 5
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thepj247 楼主
下面就按照顺序逐一介绍下每一个过程,首先是
EMI滤波电路
在整流之前必须对交流电进行滤波,用来滤除市电网中的电压瞬变和高频干扰,同时也防止开关电源中的开关管产生的高频干扰传输到市电网中,形成对其他用电器的高频干扰。
▼滤波电路分为一级EMI和二级EMI,一级EMI往往靠近市电接口部分,二级EMI则被安置在电源的主PCB板上。
2021年12月03日 08点12分 7
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thepj247 楼主
一级EMI部分现在的趋势是简化,一般都会有一个X电容,和一对Y电容,这个Hydro G Pro1000还有一个铁氧体线圈(被包裹住了),算是比较少见的。
Y电容:连接火线和地线之间,以及零线和地线之间,负责滤除共模干扰及共态噪声。
X电容(跨接线路滤波电容):用来并联火线与零线间的电容,可以消除来自电力线的低通常态噪声。
铁氧体扼流圈在滤波电路中为串联在火、零线上,用来消除电线低通共态以及射频噪声。
▼二级EMI:有2个共模电感、1个X电容、一对Y电容。
X电容负责滤除差模干扰,Y电容负责滤除共模干扰,共模电感用于滤除共模干扰。
▼共模电感是绕在同一铁心上的圈数相等,绕向相反的两组线圈,所以有4个端子,是双线双向;与之对应就是绕在一个铁心上一个线圈的差模电感,但现在的电源很少看到有配备的了。
▼这部分还有一些保护器件,也是往往一些低端电源会(部分)阉割掉的。这款Hydro G Pro1000配备一个MOV(很多MOV都是蓝色的)和一个保险管。总的来说在Hydro G Pro1000滤波部分非常完整,可以作为电源是否缩水的比对参考。
保险管:当通过它的电流值超出额定限度时,会以熔断的方式来保护连接于后端电路。
金属氧化物压敏电阻(MOV):并联于保险管后端的火线与地线间,目的是抑制市电尖峰,能处理高电流、吸收高能量并迅速反应以保护设备免于瞬态故障超过额定限制。
2021年12月03日 08点12分 8
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thepj247 楼主
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。
2021年12月03日 08点12分 11
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thepj247 楼主
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。
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。
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。
2021年12月03日 08点12分 12
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thepj247 楼主
▼右下角的为5Vsb待机电路,随时处于“待命状态”,因为这部分输出始终是开启的,即便是PC电源处于关闭状态也是如此。
▼LLC通过改变开关管的工作频率,来调节变压器的能量输出,进而改变半桥LLC谐振变换器的输出电压值。在PCB上发现了一颗来自台湾半导体的TS358CD 运算放大器/比较器,也许就是负责控制的IC芯片。
2021年12月03日 08点12分 13
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硬核
2021年12月03日 08点12分 14
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加精
2021年12月03日 10点12分 15
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thepj247 楼主
二次侧的电压调整电路和滤波
▼+12V同步整流,由很多固态电容和磁棒电感,以及MOSFET管组成。
同步整流就是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET,来取代整流二极管以降低整流损耗。因为栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能,故称之为同步整流。
▼同步整流有单独的散热片设计,底下应该有MOSFET管。
+12V同步整流,由很多固态电容和磁棒电感,以及MOSFET管组成。
2021年12月03日 13点12分 16
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thepj247 楼主
▼5V 和
+3
.3V 电路,采用了 DC to DC(降压电源)的设计,DC-DC输出简单的理解就是直流对直流降压输出,将电压较高的12V电流转换成5V和3.3V电流输出。
▼DC-DC模块的PCB板上面设计了电感电容及控制IC来控制输出。
2021年12月03日 13点12分 18
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thepj247 楼主
▼模组输出端的焊点。
▼模组接口PCB上有很多固态电容,进行最后的输出滤波。
2021年12月03日 13点12分 19
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