PC电源中LLC谐振拓扑是什么?
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通常来说消费者在购买电源的时候,会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。
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。