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電源技術說明書

生活 更新时间:2025-02-07 00:55:14

電源技術說明書(拆解HydroPTMX)1

為大家拆解一個新品電源:全漢剛剛推出的Hydro PTM X PRO系列電源,手裡的版本為1000w,從外包裝上可以看到該電源通過了80PLUS白金牌的認證。

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電源外殼為黑色,内部采用了LLC半橋拓撲電路設計。

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額定1000w的功率,單路 12v設計, 12v的電流輸出達到83.33A,已經達到了1000w。

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這款電源隻有13cm的長度!與标準ATX電源長度14cm相比,擁有更好的安裝兼容性,在一些特殊的機箱中,這點尤其明顯。

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詳細的開箱部分見下面的視頻

越短就越好用!13cm長的千瓦ATX電源Hydro PTM X PRO開箱分享

下面就來拆解下這顆13cm長的“小電源”,看看到底有啥奧秘?


電源拆解

首先強調拆解電源會有很高的風險失去保修,不建議一般消耗者這麼做,危險的事讓我來!

電源技術說明書(拆解HydroPTMX)6

首先來看風扇:由于電源長度隻有130m,肯定是用不了135m的風扇。

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風扇是一顆120mm FDB液壓軸承風扇,滿載噪音36dB(A)。來自台灣永立,型号為MGA12012XF-O25,7扇葉設計,工業風格,賣點是高壽命,在環境溫度60度時可以有10萬小時以上壽命。另外還具有ECO智能啟停控制功能,30%負載下,風扇停轉,實現0噪音!

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電源本體異常的緊湊,畢竟它隻有13cm的長度。

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講解具體元器件之前,簡單的科普下,當然本人并不是專業人士,難免會有疏漏錯誤之處,也歡迎大家指出。

絕大部分的家用電器使用直流電,因為電子元器件無法對交流電這種波動的變量進行正确的邏輯判斷。所以PC電源的作用就是把較高的交流電(AC)變成PC工作所需要的較低的直流電(DC),但其實中間還會經過脈動(直流)電這一環節。

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在電源上的具體過程如下:交流電在濾波和整流後變為直流電,進入開關電路變為高頻脈動直流電,再送到變壓器降壓得到低壓的脈動電,在經過整流和濾波後最終得到電腦所需的,相對純淨的低壓直流電。

這是一個開關電源的典型流程,特點是在一次側(變壓器之前)保持高壓、高頻狀态進行濾波和整理,由于電容以及變壓器的大小和電流頻率成反比,這樣電器元件就可以做的比較小,另外開關電源可以根據與之相連耗電設備的功耗大小來自我調整,從而降低發熱量,提高效率,也更加節能。缺點就是設計相對複雜,有高頻幹擾。與之相對就是線性電源,有興趣可以自行查下其中的區别。

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了解大概的原理,再來介紹下電源各個部分的作用。這款Hydro PTM X PRO電源采用了主動式 PFC LLC 諧振 同步整流 DC To DC 的設計。分解下有濾波電路,開關電路,整流電路,變壓電路,低壓轉換電路等等,都是相對獨立的電路。

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電源的這一側,從右到左依次為:濾波電路→整流橋(一次側)→部分的主動式 PFC結構。

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EMI濾波電路

作用是對交流電進行濾波,用來濾除市電網中的電壓瞬變和高頻幹擾,同時也防止開關管産生的高頻幹擾傳輸到市電網中,形成對其他用電器的高頻幹擾。一般都有一級EMI和二級EMI結構。

Hydro PTM X PRO的的一級EMI放在AC輸入位置上。一級EMI有單獨的PCB非常少見,外部還有一個遮蔽作為保護。PCB内側可以看到Y電容,但看不到X電容,不知道是直接省掉,還是藏在Y電容的下方。此外導線上套有磁環以降低幹擾,一個鐵氧體線圈則直接放置在主PCB上,旁邊還有一個保險管。

Y電容:負濾除共模幹擾及共态噪聲;X電容:消除來自電力線的低通常态噪聲。

鐵氧體線圈:消除電線低通共态以及射頻噪聲。

保險管:當通過它的電流值超出額定限度時,會以熔斷的方式來保護連接于後端的電路。

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二級EMI有2個共模電感、1個X電容、一對Y電容。保護器件的MOV也并沒有缺少。在旁邊還能看到三塊紅色的CBB電容,疊羅漢地放在變壓器底部,大概是受限于PCB的長度才做了這樣的設計。

X電容負責濾除差模幹擾;Y電容負責濾除共模幹擾;共模電感用于濾除共模幹擾。

金屬氧化物壓敏電阻(MOV):抑制市電尖峰,能處理高電流、吸收高能量并迅速反應以保護設備免于瞬态故障超過額定限制。

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一次側整流電路

整流橋可以是4顆二極管組成,也可以是單個元器件組成。這款Hydro PTM X PRO使用一顆YANGJIE(揚傑)的GBJ2506P,規格為600V/25A,其平均整流電流達到了25A,那麼按最低電壓100V計算,功率就是2500w,算個低效率值:80%,那麼也有2000w,可以看到餘量是非常大的。另外整流橋獨享一個散熱片。

如果整流橋的功率要比電源的額定功率低,就說明這顆電源虛标了。

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在整流橋後有一個繼電器和一個NTC熱敏電阻的組合。

電腦從冷機狀态啟動時會産生一個很大的浪湧電流,可能燒毀電源和主機内部。NTC熱敏電阻的作用正是防止浪湧電流的破壞。因為它可以根據溫度的變化改變電阻值,冷态時電阻極大,限制了開機沖擊電流。通過大電流後,NTC發熱阻值下降為零,電流達到正常值。這時繼電器工作,将NTC從電路中斷開,使得NTC溫度迅速下降,恢複高阻狀态,為下次開機限流做好準備。

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主動式PFC和開關電路

主動式PFC用于提高整流橋交流電變直流電時的利用率,一般由主電容和電感組成。

PFC即功率因數校正器,它在整流橋之後可以主動補償交流電的的相位差,在交流轉換為直流時提高電源對市電的利用率,但并不是電源轉換效率,并不能為用戶省錢,而是為國家省錢,也能減少電源對市電電網的幹擾和損耗。

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Hydro PTM X PRO的主電容為兩顆鋁電解電容,均來着NIPPON CHEMI-CON(日化),單顆規格為470μF(電容值)/450V/105℃,兩顆并列即可達到940μF。

主電容作用是保障後端的穩壓能力,另外也要有一定的儲能能力(主電容的容量),以便達到Intel ATX12V規範滿負載輸出下保持時間不低于16ms的要求,即交流輸入被切斷後, 5V輸出跌落至4.75V(低于标準值5%)的時間,主要是用來保護機械硬盤。保持時間當然可根據容量用公式算出,這裡就不介紹,畢竟個體差異和設計因素都會影響其發揮。一般來說470μF可以讓600w以上的電源滿足保持時間的要求,兩顆并列容量加倍,為1000w的電源使用,冗餘足夠。

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開關電源的核心就是開關電路了,主要工作原理是通過上橋和下橋的MOS管輪流導通來儲電和放電,把高壓的直流電轉變為高頻脈沖電流。因為要輪流開關MOS管,所以稱為開關電源。

Hydro PTM X PRO的開關電路有獨立的散熱片,采用2顆MOS管,具體型号為英飛淩6r125p,規格為16A@100℃;26A@25℃;漏源極擊穿電壓是650V。在旁邊還能看到一顆二極管(2根針腳),為升壓二極管,其作用是完成電能疊加之後形成300V以上的升壓過程,具體型号是一顆意法半導體STPSC BH065DI,規格為650V/6A。

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變壓電路

變壓器在結構上把電源隔離成了一次側(高壓側)和二次側(低壓側)兩部分。

随着多年的市場競争,現在基本隻能看到雙管正激和LLC諧振拓(分半橋和全橋)。前面講過了開關電源的原理,開關的動作并不是瞬時完成,總會有一定的損耗,LLC相比雙管正激能更好地解決損耗問題,因此效率上可以做到更高。

Hydro PTM X PRO采用的是LLC諧振拓撲,是現在中高端電源的主流方案。一般會有3個變壓器,主變壓器是最大的;旁邊的為諧振變壓器,并配有直插式的獨立PCB;在遠端還有一個5Vsb待機變壓器。

LLC由兩個電感和一個電容串聯而成。特點就是效率高、輸出紋波小、發熱小、體積小、低EMI、負載可調範圍大等、可以對輸入/輸出電壓比在很寬的範圍内進行調節、可實現MOS開關管零電壓開通和低電流關斷,減少開關損耗,提高效率。

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LLC分為半橋結構和全橋結構,全橋的标志是4個三極管或MOS管組成,半橋則隻有2個,由于電源結構太緊湊了,拍不到具體型号,官方介紹又說是半橋LLC。

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二次側的電壓調整與濾波電路

下面是 12V的整流,上面是5V 和 3.3V 的整流。

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12V整流部分也有獨立的PCB闆,可以看到上面有很多固态電容,下面還有半封閉的電感,主變壓器上方有一個金屬片,也許能兼顧整流部分的散熱,至于底部是是二極管還是MOSFET就拍不到了(應該是MOSFET)。

專用功率MOSFET具有電阻極低的特點,相比傳統的整流二極管可以進一步降到低二次側整流損耗,采用MOSFET的電路要求栅極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能,故稱之為同步整流。

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5V 和 3.3V 電路,采用了 DC to DC(降壓電源)的設計,就是直流對直流降壓輸出,将電壓較高的12V電流轉換成5V和3.3V電流輸出,其特點也是很高的轉換效率。

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5V 和 3.3V 電路也被放在直插式的PCB上,從縫隙可以看到除了2個電感線圈外(分别負責5V 和 3.3V),還有一些固态電容。

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模組接口PCB上有非常多固态電容,均是日本化工電容,用來進行最後的輸出濾波。

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電源管理芯片

DC-DC模塊的PCB闆的背面有超多的電器元件。

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APW7159C是雙路控制芯片,作為DC/DC的主控芯片,通過調整其PWM(占空比)來控制輸出的有效電壓大小。

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貌似一路配置2個MosFET,另一路是4個MosFET(?),均來自英飛淩,具體參數未查到。

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在PCB上還能看到一顆偉诠WT7527,用于電源保護功能,支持3.3V,5V,12V輸出的欠壓、過壓以及過流保護。

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這種藍色帶黃點的東東在PCB上也很多,為TOCOS的旋轉式滑動可調電位器,是一種可變電阻器。

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電源的主PCB背闆的排線和焊點工藝非常整潔,有點奇怪的是正面為黑色的,背面居然是綠色的。

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主PCB背面也有超多的電器元件,NSi6602,蘇州納芯微的隔離式雙通道栅極驅動器,将LLC控制器輸出的驅動信号隔離并驅動兩顆LLC開關管,内置驅動器,可直接驅動MOS管。簡化開關電源初級電路設計,同時提高效率。

最常見的的隔離器件是光耦,但是光耦内部沒有驅動器,需要外置的獨立驅動器,使用起來比較麻煩。

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虹冠CU6510,很可能就是LLC部分的主控芯片。

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從PCB上判斷該方案可用于750/850/1000w的電源。不過現在隻有850和1000w的産品開賣,未來不知道會不會有750w的電源産品。

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最後

拆解這顆Hydro PTM X PRO電源給我最大的感受就是超級緊湊,并使用很多直插式的獨立PCB,畢竟在比較小的面積裡達到白金級别的千瓦電源用料,不得不充分的利用空間,想來工程師也是費了很多腦筋來設計這顆13cm長的電源。

另外值得一提就是Hydro PTM X PRO的效率,雖然沒有使用全橋的LLC結構,但它的效率卻極高。從80PLUS官網上查到:在10%負載時轉換效率在89.93%,在50%負載下轉換效率為93.13%(都是115v下的測試值)。

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而在全漢自家實驗室測得效率值更高:230v & 10%的低負載情況下,超過~92%的效率。

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通常認為在低負載下大電源比小電源更費電,因為負載越低效率越低!

如果是100w的使用情況,Hydro PTM X PRO 1000w的負載為10%,也可以達到90%以上的效率。而使用一顆額定500w的金牌電源,此時負載為20%,最好也就是做到90%的效率。所以如果使用高品質的大電源,在低負載下并不會比小電源更費電!

有人會質疑,那和白金級的500w電源相比呢?現實是白金級的小瓦數電源非常少,沒啥比較的實際意義。

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當然Hydro PTM X PRO 1000W也不便宜,JD的價格為1399!

個人覺得全漢應該把這種技術下放在中端電源産品來使用,不用做到白金,金牌就成,功率上最好550w,650w都要有,當然最重要是價格要下來,這才是對mini 主機玩家真正的福音。

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