航嘉工程师谈电源制造

电源设计界有一个共识：“用钱堆出来的高效率不值钱”。因此如何兼顾成本，选用合理的技术架构，精良的设计技术去做出高性价比的高效率电源才是一项极大的挑战。在这方面，新版多核R80电源就是正面的代表，这款额定300W的80Plus电源不仅在测试中表现优良，同时上市价格击穿了此前80Plus电源的300元底线，引起市场的高度关注。今天，我们请来了航嘉电源产品工程师肖照东先生，为大家深入讲解电源大厂是如何规划、设计、选料、调试和检验电源的。

肖照东，深圳市航嘉创源科技有限公司电源产品工程师

电脑DIY发展到今天，人们早已经走出了“CPU就是一切”的误区，对电脑硬件的认识日趋专业和全面，而作为电脑的能源核心，电源也越来越受到消费者的关注和重视。

那么，怎样的电源才是一款好的电源，或者说一款好电源是什么样的？普通的消费者无法从感观上直接分辨，因为电源都被封闭在一个“铁壳子”里面，不像主板、显卡一样可以感觉和触摸，随之就形成了 “重电源就是好电源”这类有失偏颇的经验之谈。

今天我就给大家系统地剖析一下电源的产生过程，让大家对电源有一个更加清晰和准确的认识。

电源制造的第一步—找准定位

也许很多玩家会认为，电源制造的第一步就是设计。其实不然，产品要赢得市场，必须先有一个清晰合理的产品规划和市场定位。

定位明确规定了一款电源的性能水平、成本价格以及产品档次。就像显卡一样，GeForce 9600 GT在规划的那一刻起就决定了它的性能、用料和做工面向低端消费者，用户希望它的性能和做工用料达到GeForce GTX 260的水平显然是不现实的。

“一分钱，一分货”用在电脑硬件上再准确不过了，对于电源来说也是一样，以两款额定功率300W电源为例。通过下面的对比表可以看到，不同的定位决定了两者的区别，多核R80的价格比冷静王钻石2.3版更高，但性能和做工用料也更“好”。所以，以一款产品就笼统地说一个品牌的好坏与否是有失公允的，还要结合此款产品的市场定位来看。

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。

电源制造从来都不是一蹴而就—反复调试、修正是必修课

俗话说：“玉不琢，不成器”，电源也是一样。再优秀的电源工程师，也不可能在设计方案上按部就班地把电子元器件堆上去就达到了规划的要求。一款优秀的电源从确定设计方案到达到规划要求，要经过长达几个月到半年的反复调试和修正，占据了电源研发的大部分时间。这其中涉及到基本电源性能(额定功率、散热性能、噪音测试、电磁和传导辐射测试、谐波测试)、电压稳定性、转换效率、纹波控制等测试，每一项测试的严格程度会根据产品定位和规划适当降低或提高等级。

研发工程师进行样机调试

DQA工程师在进行样机的性能检测

研发工程师自己测试和整改只是把控电源性能和品质的第一道关，接着会送到DQA(设计品质保证，Design Quality Assurence)测试部门进行全面和系统的正式检测，其中包含：额定功率(在高温高湿环境下)、转换效率、PFC、电压稳定性、交叉负载能力、时序响应、纹波、谐波、电路保护功能、跌落、风扇风量和风压、EMI、噪音测试等，完成之后会出具DQA测试报告，PASS则进入下一阶段，FAIL则退回整改，研发工程师进行改善甚至重新设计。

线材牢固性拉扯试验

电源风扇风量和风压测试

电源实战“检阅”—试产检漏、老化测试、专业认证

俗话说“是骡子是马都要拉出来遛一遛”。接下来是真正的上线检验——试产。前面的几个环节侧重的是电性的、个体性的问题，而试产是对大批量生产的问题(比如装配干涉和难易度、元件批量损坏、工作噪音和异响等)进行检漏。

电源组装生产线

接下来，试产电源进入老化试验室，进行MTBF(平均故障间隔时间)可靠性试验。PC电源的MTBF时间一般在5～6万小时，行业、服务器电源可达10万小时。在老化试验室50℃～80℃的温度下，全天候连续不间断地工作大概35天，通过软件加速模拟5～6万小时的工作情况，测试过程中不允许有一台不良的机器出现，直至35天结束，这对产品品质是很好的保证。然后研发工程师将对试产进行总结和评审，对出现的问题进行改进，甚至需要进行第二次试产。

成品功能检测(100%测试)

后，厂家将对电源进行3C认证，涉及外销的型号则根据市场进行CE、UL、FCC、环保RoHS认证，高效率电源还要申请80Plus认证。

成品老化测试

写在后

后我们来回顾一下，从规划、设计、调试，到试产、测试、认证，电源制造至少需要十大步骤，分项步骤则更加复杂。这其中的每一个环节都是环环紧扣，任何环节出现问题都不能进入下一个环节。

电源制造的完整流程

要制造出一款高效率电源，不仅需要优秀的设计、扎实的用料和严格的检测，更需要周密合理的监督和管理去推动和执行。也只有严格按照流程制造，厂家才有可能在市场上拿得出好电源，消费者也会在长期使用过程中体会到以严格标准制造出来的电源的好处。