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航嘉工程师谈电源制造

2010-06-21冯亮《微型计算机》2010年5月下

设计和用料谁更重要?—性能是唯一的标杆

规划出一款产品后,下面就是设计环节了。玩家都比较关注这个环节。同时也是今天我们讨论的重点。

其实,设计和用料往往是相辅相成的:一个优秀的设计方案,可以用相对便宜的用料,轻松设计出达到规划要求的电源;同样一款平庸的设计方案,采用更高规格的用料,也可以设计出满足规划要求的电源,用我们通俗的话来说:“一个好出生,可以少奋斗20年”,同样后天的“勤能补拙”也能创造出一片新天地。


工程师在料件库挑选电子元器件

所以,在成本(用料)有限的前提下,不断优化设计方案,挑战更高性能才是上策。只有这样才能在市场同级产品的竞争中保持成本优势,掌握价格主动权,抢得市场先机。以新、旧两款多核R80电源做对比,老版多核R80采用老式的半桥结构,要想达到80Plus水平,除了搭载主动PFC这一必要条件之外,还要采用规格和价格较高的电容和同步整流型MOS开关管,以大幅降低内部元器件的损耗;而新版多核R80由于采用了双管正激结构,搭配主动PFC,用更少的普通电容和三极管就能轻松达到80Plus水平,因此大家可以看到,新版多核R80的性能水平比老版更好,价格却反而便宜了一百多元,这就是采用更先进设计方案的优势。


做成研发样机(电源设计的雏形)

看到这里肯定有玩家会问:难道就不能让电源既有先进的设计方案,同时也有很扎实的用料吗?答案是肯定的,但我们认为只有在中高端电源(功率大于500W、80Plus铜牌以上)才有这样做的必要和成本空间。对于大多数普通消费者来说,更该把实用性摆在第一位,而不用去刻意追求电源内部的设计和用料。就如同普通消费者买处理器一样,更多的是关注性能和发热量,而不是它采用什么工艺,内部是什么架构。

总之,在设计环节,研发工程师会根据设计要求,在料件库挑选电子元器件,并做成研发样机,以备后续研发调试工作的展开。

高规格的MOS开关管和电容有什么用?

除了设计方案之外,电子元器件的品质在较大程度上决定了一款电源的基本性能,其中以电容和开关管的用料为关键。


电源的高压滤波电容(上排)和低压滤波电容(下排)

相比普通电容,高品质电容具有通态ESR内阻小、容量偏差小、耐温耐压特性好、电压保持时间长等优点,对电源电压稳定性、纹波控制都大有裨益,有利于电源在高功率下保持高性能。在图3中列出了几款电源上常见的电容,上排从左到右分别为日本红宝石(Rubycon)、日本化工(Nippon Chemicon)、台湾产智宝(Teapo)和内地产东阳光(HEC)。可以看到,前两个日系电容的耐压值和耐温值(450V、105℃)要好于另两款电容(220V、85℃)。


MOS开关管(上排)和三极管(下排)

同样,MOS开关管相比普通三极管也有优势:通态ESR内阻小、有效降低开关管的发热损耗,提高转换效率,另外它可承受的电流要明显高于普通三极管,保证了高功率下电源的稳定性和安全性。

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