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    在我们的电源评测中都会提到电源的架构,例如下图中的海盗船AX850 Titanium电源就是“主动式PFC+全桥LLC谐振+同步整流+DC to DC”架构。从这里我们也可以看出,一个电源的架构其实是可以分成几个部分去看的,每个部分都有各自的组成,对电源的性能都会有明显的影响,而在这里面比较重要的一个部分就是上述架构的第二个词组,也就是“全桥LLC谐振”对应的组成,我们一般称其为“PC电源的拓扑”。

    电源拓扑其实是一个很庞大的家族,刚刚提到的全桥LLC谐振不过是其中的一份子,可供PC电源选择的拓扑还有很多,例如双管正激拓扑、半桥LLC谐振拓扑等,都算是PC电源里比较常见的拓扑,另外还有全桥移相拓扑、有源钳位单管正激拓扑等相对少见的,这也是为什么不同的电源会有不同的性能的主要原因。

    那么PC电源中各种拓扑又有些什么差别呢?这就是一门学问了,涉及到的知识有些多,如果每一种拓扑都要谈及,而且还是从电路理论讲起,那么以一篇超能课堂的篇幅可能连入门都算不上。为此今天我们挑选了目前主流的双管正激和LLC谐振拓扑来进行简单的讲解,希望能够起到抛砖引玉的作用,让大家热烈讨论的同时也能进一步充实自己的知识。

    首先我们要来说说,什么是拓扑?

    对于“拓扑”这个词语,我相信对于很多玩家在各种电源评测中都有见过,但具体是什么意思可能就有些迷茫了。实际上“拓扑”源自于数学领域的“Topology”,这是一种现代几何学,主要研究点、线、面之间的相互连接关系。后来其他行业领域中也陆续引入了拓扑的说法,比较常见的就是网络领域,通常用来指代网络设备的连接方式,例如总线拓扑、环型拓扑、星型拓扑、网状拓扑等等。

    那么电源领域中的拓扑是什么呢?从上面的例子我们不难理解,其指代的就是各种电子元件相互之间的连接方式,也就是我们通常所说的电路结构,因此电源拓扑实际上也就是我们常说的电源结构。目前PC电源基本上都是开关电源,因此常见的PC电源拓扑实际上也是常见的开关电源拓扑。


    Buck拓扑是开关电源的基础之一

    开关电源的拓扑具体有多少种现在已经不好说了,按基础来分类的话是有Buck降压式变换、Boost升压变换以及Buck-Boost升降压变换三种,进一步细分的话可以分类成全桥拓扑、半桥拓扑、正激拓扑、反激拓扑、谐振拓扑等等,而这些拓扑实际上还可以细分,例如谐振拓扑又可以分出串联谐振、并联谐振、LLC谐振三种,甚至还能进一步细分成半桥LLC谐振和全桥LLC谐振,可谓博大精深。

    作为开关电源的一份子,PC电源所用过的拓扑也有很多种的,不过随着厂商多年的研究和发展,PC电源所用的拓扑其实已经收到了一个很小的范围里,以目前市场上的主流产品来说,双管正激和LLC谐振拓扑可以说是最常见的两类,也是我们今天的主要内容,至于在低端电源上曾经用过的单管正激以及在高端电源上使用的全桥移相等其它拓扑,要么已经被市场淘汰,要么仅有少部分旗舰产品使用,很难说是主流拓扑,今天就暂且按下不表,留待以后有机会再谈。

    双管正激拓扑

    双管正激拓扑之所以强调“双管”,是因为其实基于单管正激拓扑发展而来的,前者的电路中包含2个MosFET,后者只有1个。这两种都属于正激拓扑,也就是变压器隔离的Buck拓扑。双管正激拓扑在目前常见于入门级和主流级产品,绝大部分80Plus铜牌认证电源都会使用双管正激拓扑。


    酷冷至尊MasterWatt Lite 500W采用的是双管正激拓扑

    PC电源是否采用了双管正激拓扑,主要是看主开关管和变压器,一般来说主开关管是两个MosFET,变压器为一大(主变压器)一小(待机变压器)的组合,多半就是双管正激拓扑。有些人会把主变压器旁边是否带有一个磁放大线圈也作为识别的标准,但实际上这个磁放大线圈是用来判断电源是否采用磁放大结构的,跟双管正激拓扑没有什么关系。

    与单管正激拓扑相比,双管正激拓扑有着更高的转换效率,而且在单管正激拓扑中,MosFET会在复位的过程中会承担两倍的输入电压,对于MosFET来说显然不是一件好事。而双管正激拓扑的两个MosFET是同时导通和关闭的,导通时承受的电压为输入电压,关闭时,主变压器的励磁线圈电压极性翻转,但电压仍然与输入电压相同,因此主开关管承担的电压仍然不会高于输入电压,这样MosFET的压力就小很多了。


    双管正激拓扑大都只能做到80Plus铜牌或80Plus 230V EU白牌级别效率

    不过与单管正激相比,双管正激拓扑需要使用专门的驱动芯片,因此在电路结构上要复杂不少,但是双管正激拓扑在电压稳定性、动态响应、输出纹波等都有不错的表现,而且比起单管正激要更容易实现大功率输出,因此综合个方面的因素后,双管正激拓扑基本上是完胜单管正激,成为了PC电源中的主流。只是双管正激的转换效率相比接下来要提到的LLC谐振显然是技逊一筹,绝大部分基于双管正激拓扑的PC电源在转换效率上也就只能达到80Plus铜牌的水平,在早些年尚有看头,现在已经平平无奇了。

    当然双管正激拓扑并非绝对做不到高效率,因为其还有一个优点就是电源的二次侧也就是低压侧可以使用肖特基整流或者同步整流,其中同步整流方案对提升电源装换效率有一定的作用。曾经有厂商以主动式PFC+双管正激+同步整流+DC-DC的架构做出了80Plus金牌级别效率的电源产品,只是由于生产成本相比LLC谐振拓扑几乎没有优势,整体表现也不算十分突出,而且就转换效率而言能做到这个地步就已经算是极致了,没有进一步提升的潜力,显然并不适合用来做高端产品,因此最终双管正激拓扑基本上就止步于主流市场了。

    LLC谐振拓扑

    双管正激拓扑虽然在电压稳定性、动态响应、输出纹波等方面有不错的表现,但是在转换效率方面一直无法作出重大突破,为此电源厂商拿出了LLC谐振拓扑,一举解决了转换效率的问题,成为了目前中高端电源的主要拓扑结构。

    LLC谐振拓扑与串联谐振、并联谐振都属于谐振拓扑,只是后两者并不适合做宽电压输入,也不适合宽变化负载,因此用在PC电源上自然也是一万个不合适。而LLC谐振则没有这些缺点,而且其EMI可以轻松控制在较低的水平,输出功率也可以轻松做到千瓦级别,在轻载和空载时仍然可以保持开关频率不变,基本不存在轻载和空载状态下电源输出电压不稳的问题。当然更重要的是,LLC谐振可以轻松实现高转换效率,目前绝大多数80Plus金牌或以上级别的电源都是采用LLC谐振拓扑的。


    振华Leadex Gold 550W使用的是半桥LLC谐振拓扑

    目前PC电源上所用的LLC谐振可以分为半桥LLC谐振和全桥LLC谐振,识别的方法大体上分别两步,首先是看主变压器,LLC谐振拓扑一般会配置1大2小共计3个变压器,其中大的是主变压器,小的分别是待机变压器和谐振电路驱动变压器,另外少不了的自然还有谐振电容和谐振电感,因此LLC谐振拓扑的组成会比双管正激拓扑更为复杂。

    以振华Leadex Gold 550W电源为例,我们可以看到其主变压器旁边的就是驱动变压器和谐振电容,远处的小变压器则是待机变压器,谐振电感则与主变压器整合在一起,这是振华独有的双层变压器方案。


    安钛克HCG 850 Extreme使用的是全桥LLC谐振拓扑,主开关管由4个MosFET组成

    确定电源采用的是LLC谐振后,那就再看它属于全桥LLC谐振还是半桥LLC谐振,这部分我们可以看主开关管,一般来说主开关管由2个MosFET组成的,那基本上就是半桥LLC谐振拓扑,如果是由4个MosFET组成的,那基本上就是全桥LLC谐振拓扑。上图安钛克HCG 850 Extreme采用的就是全桥LLC谐振拓扑,而之前的振华Leadex Gold 550采用的就是半桥LLC谐振拓扑。

    需要一说的是,有人把电源整流桥的数量当成了判断半桥LLC谐振和全桥LLC谐振拓扑的标准,认为1个整流桥就是半桥LLC谐振,2个就是全桥LLC谐振,实际上这是片面的,因为半桥LLC谐振也可以使用两个整流桥,因此看著主开关管数量才是区分半桥LLC谐振和全桥LLC谐振的关键因素。

    从输出性能上说,全桥LLC谐振与半桥LLC谐振不会有很明显的差别,但是全桥LLC谐振拓扑不仅物料成本更高,而且对电路调整有很高的要求,因此把全桥LLC谐振放在中低瓦数的产品上是“大材小用”,因此半桥LLC谐振拓扑的普及率比起全桥LLC谐振要高得多,目前大多数主流级的80Plus金牌甚至是80Plus铂金认证产品都是基于半桥LLC拓扑的。


    LLC谐振拓扑很容易做到80Plus金牌或更高级别的转换效率

    当然全桥LLC拓扑相比半桥LLC拓扑也并非只有成本高、调整难的缺点,其相比后者在理论性能上还是要占优的,而且在大功率输出的环境下,全桥LLC拓扑相比半桥LLC拓扑也有着更强的承载能力。因此在注重性能的高端产品上,全桥LLC拓扑的使用率还是很高的,而且近年来全桥LLC拓扑有下潜至中瓦数的倾向,与半桥LLC拓扑共同撑起了中高端电源的天空。

    只是LLC谐振拓扑还算不上是完美,早期的LLC谐振拓扑电源在电压稳定性上表现一般,纹波和动态响应都欠佳,仅仅是相比双管正激拓扑有转换效率上的优势,即便是全桥LLC谐振,也只是在电压稳定性和纹波略好于半桥LLC谐振,动态响应仍然欠佳。不过随着技术的成熟与发展,这些问题其实都已经陆续得到了解决,LLC谐振拓扑也就在中高端产品上站稳了脚。

    值得一提的是,虽然LLC谐振拓扑可以分为半桥LLC和全桥LLC两种,但无论哪一种其二次侧的搭配都没有双管正激拓扑那样百搭,LLC谐振是不能或者说不适合使用肖特基整流的,一般都要搭配同步整流和DC-DC方案。这样的搭配在成本上相比双管正激肯定是要高一些的,不过这并不是一件坏事,因为这样的电源结构可以迸发出很高的转换效率,可以轻松做出80Plus铂金甚至是80Plus钛金级别的产品。

    那么,消费者该如何辨别电源使用了哪种拓扑?

    实际上,这个问题可以算得上是一个伪命题,因为PC电源从外观上是看不出来其采用了什么拓扑的,基本上都要拆掉外壳之后方能确认,但是对于几乎所有的电源产品来说,这个操作等于放弃保修,还增加了电源损坏的机会。因此除非是厂商自己进行拆解,并给出相应的拆解照片或进行实物展示,又或者是有其它需求可以无视保修进行拆解,不然你没有办法直接确认电源用的是哪种拓扑。

    其实电源拓扑本无贵贱之分,不同级别的电源产品采用不同的拓扑本来就是理所当然的事情,你不需要指望300W功率的低端电源会使用全桥LLC谐振,双管正激结构出现在80Plus钛金认证电源上的机会也是约等于零,而且不同拓扑的优缺点更多时候是相对而言的,大部分都可以通过其它组成部分来进行弥补,即便所用的拓扑相同,电源的用料、做工以及电路调整都会使电源的整体性能产生较大差异,单纯纠结电源用的是什么拓扑其实意义不大。

    相比之下,电源的性能表现才是真正可以直接用来判定电源好坏的论据,这也是我们在电源评测中会更重视测试成绩,而非仅仅考虑电源拓扑方案的原因。因此消费者在购买电源的时候,提前了解电源采用的是什么拓扑固然是一件好事,但过于迷信某种拓扑而忽略电源实际表现的话那就是有些本末倒置了,把注意力放在电源的电气参数以及实际性能上才是正确的做法。

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  • 这些评论亮了
  • 超能康猩猩博士 08-24 01:45

    每次看电源类的科普文章,都有一个问题就是文字里说的某某结构根本不知道在图上对应的是哪里,如果可以的话,麻烦小编画个框标示一下双管正激、半桥LLC谐振、全桥LLC谐振的结构在图上的哪个地方

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    16#

  • 仙德法歌博士 08-22 21:42

    多写点这种硬核技术文章,超能网才叫超能网!

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    1#

  • 凉水6084等待验证会员 10-29 20:07

    仙德法歌 博士

    多写点这种硬核技术文章,超能网才叫超能网!
    08-22 21:42
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    21#

  • 游客 09-02 16:44

    游客

    我记得早年的高效率电源除了LLC谐振半桥还有一种拓扑是有源钳位正激,在短短一段时间后就再也不 ...
    08-23 01:42
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  • 那是全汉 全汉还在玩

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    20#

  • 游客 08-27 14:47

    游客

    能不能直接告诉我市面上哪些值得消费者掏银子?
    08-26 14:29
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  • 我求求你去什么值得买吧,不带脑子看什么超能网

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    19#

  • 游客 08-26 14:29

    能不能直接告诉我市面上哪些值得消费者掏银子?

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    18#

  • 游客 08-24 11:19

    游客

    手上有一只『ZVS移相全桥软开关拓扑』的电源。另外还有一只700W双管正激+肖基特... ...
    08-23 11:58
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  • 难道是DPS 700?

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    17#

  • Rio教授 08-23 12:03

    大学模电学的s h i t一样,看的我头晕脑痛

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    15#

  • 游客 08-23 11:58

    手上有一只『ZVS移相全桥软开关拓扑』的电源。另外还有一只700W双管正激+肖基特... ...

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    14#

  • 游客 08-23 10:55

    我的海韵旗舰金 有时候贴近了有电流声是什么回事 以前的长城电源都不会 ...

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    13#

  • 呆mond教授 08-23 10:52

    潘哥每次都这么硬核,专注电源100年。。。我硬着头皮看完

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    12#

  • 游客 08-23 10:12

    超能网还是牛逼,硬核科普

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    11#

  • 游客 08-23 09:02

    虽然看不懂,感觉很厉害的样子

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    10#

  • Elwin教授 08-23 08:37

    游客

    代表作酷冷1代金龙影/银欣金牌/鑫谷1代GP600/700,因为都是益衡做的。我很喜欢益衡家族史的大散 ...
    08-23 07:16
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  • 正激结构天生就不适用于高功率输出环境,一般都在500w以下。另外随着llc方案的流行,80+刷效率大家都乐此不疲,正激完全跟不上了。在80+刚开始的时候,也出现了正激方案的850w电源,那真是舍了老本做出来的,实际效果还不如今天一个650金牌

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    9#

  • 游客 08-23 07:52

    “LLC谐振是不能使用肖特基整流的,必须要使用同步整流和DC-DC方案” 海韵s12 |||,全部推翻,ll ...

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    8#

  • 游客 08-23 07:16

    游客

    我记得早年的高效率电源除了LLC谐振半桥还有一种拓扑是有源钳位正激,在短短一段时间后就再也不 ...
    08-23 01:42
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  • 代表作酷冷1代金龙影/银欣金牌/鑫谷1代GP600/700,因为都是益衡做的。我很喜欢益衡家族史的大散 ...

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    7#

  • 游客 08-23 07:02

    游客

    关键是,真正的技术没人看,比如光头Y神那些,而随便来个爱国品牌,楼下撕逼就是几十条。 ...
    08-23 00:41 已有1次举报
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  • 这些东西在玩家堂没消失之前,多年前已经讨论过了,就是LLC刚出来的时候 ...

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    6#

  • 游客 08-23 01:42

    我记得早年的高效率电源除了LLC谐振半桥还有一种拓扑是有源钳位正激,在短短一段时间后就再也不 ...

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    5#

  • 游客 08-23 00:41

    关键是,真正的技术没人看,比如光头Y神那些,而随便来个爱国品牌,楼下撕逼就是几十条。 ...

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    4#

  • 拾人牙慧博士 08-23 00:39

    其实新文章可以多链接和翻新一下以前的有价值的老硬核文,要不然浩如烟海的老文章对于新关注超能网的人来说很难一一翻找。

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    3#

  • 游客 08-22 22:07

    LLC只要加上山一样大的电容,就可以满足现在抽搐性功耗波动的GPU的要求 ...

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    2#

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