架构决定一切 电源拓扑结构大揭秘
1电源拓扑结构大揭秘
架构这个词对于众玩家来说应该一点都不陌生，不论是CPU还是显卡，在更新换代的同时一定都伴随着整个核心的改变，这种改变其实就是架构的一次升级。对于电源来说，我们所使用的ATX电源说到本质上就是交流转直流的开关电源，凡是涉及到开关电源一定涉及到拓扑这个概念，拓扑简单的理解就是电源的架构。就如CPU这些硬件一样，拓扑结构直接影响电源的性能。在电源的世界里，拓扑从本质上决定了电源的优劣，揭秘电源拓扑，揭秘电源的性能秘密。
拓扑主要影响电源的转换效率，动态能力，稳定性等种种方面。但是拓扑结构与电源的功率没有固定搭配关系。并且拓扑结构在分类上是十分细致的，就好像一个树状图，大类上分为正激，全桥，半桥。导致在现在的现行的产品中，很少有明确标注电源拓扑的产品，往往只写了大类的拓扑结构。但是这个直接与电源性能相关的关键技术，作为一名电脑玩家怎么可以不知道？下面我们就来层层展开，细数电源拓扑。
2电源是如何工作的
电源的工作原理简单来说是这样的，市电进入电源后经整流和滤波转为高压直流电，再通过开关电路和高频开关变压器转为高频率低压脉冲，再经过整流和滤波，最终输出低电压的直流电。看似非常简单，但是这其中涉及到很多细节上的处理，拓扑结构的进步说到底就是最大程度上提供稳定的最终输出。
一切都为了输出
市电进入电源，首先要经过扼流流圈和电容，滤除高频杂波和同相干扰信号。然后再经过电感线圈和电容，进一步滤除高频杂波。然后由整流电路整流，和大容量的滤波电容滤波后，电流才由高压交流电转换为高压直流电。
高压整流部分
虽然经过了交流-----直流的过程，但这还只是个先头工序，电流还是不能直接供给电脑使用的，还要做进一步的调整。经过了交直转换后，电流就进入了整个电源最核心的部分－－开关电路。开关电路主要由两个开关管组成，通过它们的轮流导通和截止，便将直流电转换为高频率的脉动直流电。接下来，再送到高频开关变压器上进行降压。经过高频开关变压器降压后的脉动电压，同样要使用二极管和滤波电容进行整流和滤波，此外还会有1、2个电感线圈与滤波电容一起滤除高频交流成分。
开关管部分
如果再简练一点，那电源就是个高压整流-变压-低压整流-输出的装置。但是我们的主题是揭秘拓扑，为什么要说电源的工作原理呢，我们所说的拓扑，就是电源中所用的元器件以及各种电路的连接方式。不同的拓扑，简单理解就是实用了不同的原件，使用了不同的连接方式。
某电源拓扑图
组成电源的零件无外乎电感，电阻，电容以及变压器，但是零件的数量，种类，连接方式不同就得到了不同的拓扑结构。也就直接影响了电源的输出水平。
3经典的半桥结构
这种拓扑结构是经典结构，我们通常所说的半桥电源一般就是指这种结构，但是这种结构我们称其经典不是因为其优秀，而是因为这种结构实在是有些年头了，到现在可以说已经到了淘汰边缘，但是使用这种结构的产品仍然不在少数。
典型的半桥结构电源
上图是典型的半桥结构，三个变压器分隔一次侧和二次侧电路，从大到小的第三个待机变压器更是半桥结构的主要特征。另外，倍压电路（两大高压滤波电容）也是半桥结构的特征。
曾经的明星产品多核DH6就是典型的半桥拓扑的产品，虽然现在拿出来说有点后车之师的意思。半桥拓扑有着其明显的缺点，一是超过500W的功率一般要放弃这个结构，二是其转换效率低下，只有不到70%，注定与80PLUS无缘了。其优点只有一个就是，用料较少，结构简单，成本易于控制。
4入门级正激结构
正激式拓扑与半桥拓扑有着质的区别，从命名上就可以看出来，半桥一般使用晶体管作为开关电路的原件，而正激拓扑则使用开关管作为开关电路的原件。从电路角度来说，正激拓扑相对于半桥拓扑有更强的抗不平衡的能力，以及输出更加稳定。
典型单管正激拓扑
单管正激，顾名思义，一个开关管。其主要特征便是只有一个开关管。上图为例，红色圈内为一个开关管，橙黄圈的主变以及周边电路则是正激结构的代表。
大小变压以及单开关管
上图为另外一个角度的单管正激拓扑。开关管因为承受较高的电压，所以一般单独配备一个散热片，成为鉴别这种拓扑结构的一种标志。
该电路的最大问题是：开关管交替工作于通/断两种状态，当开关管关断时，脉冲变压器处于“空载”状态，其中储存的磁能将被积累到下一个周期，直至电感器饱和，使开关器件烧毁。所以这种解构多见于400W上下这个级别的电源中，是比半桥稍厚道一些的低端解决方案。
5最流行的正激
说了半天，有人会说，小编这是搞什么，现在电源起码多是主动PFC的。笔者只能说，不要急，主动PFC一般出现在双管正激以及更加高端的拓扑结构中。下面就来讲讲这种很流行的双管正激+主动PFC+3.3V单磁放大拓扑。
典型双管正激拓扑
双管正激其实在结构上最明显的就是多了一个开关管，图中红框为双开关管。双管正激不仅采用了主动PFC提升了转换效率之外。当开关管关断时，两个开关管将承受本来一个管的能量。简单理解就是单个管的电压下降到单管正激的一半。有效防止开关管过载烧毁。
磁放大线圈
磁放大可以看主变压器附近的磁芯电感个数，一个就是单路，两个就是双路；也可以根据二次侧电感来判断：单路磁放大是12V和5V共用一个大的储能电感，可以看出线圈有两组不同的颜色的绕组，余下一个是3.3V电感；双路磁放大三路分别为+12V、+5V、+3.3V各一个电感，其中5V和3.3V用的电感规格一般相同。利用磁放大的方式处理3.3V和5V的，或者单独用3.3V单路磁放大，或者用3.3V和5V双路的磁放大，使用双路磁放大的电源最大的优势在于12V、5V、3.3V三路互不干扰，因而+5V和+3.3V输出电压的调节性能更好。
双管正激+主动PFC+单磁放大的拓扑结构是现在500W及以下的电源中最常见的结构，已经非常成熟，可靠的稳定性以及良好的成本控制是其优势。
而双磁放大拓扑结构是双管正激单磁放大拓扑的一个升级的版本。顾名思义，其特点就是多了一个磁放大线圈。其作用前文也提到过，将3.3V 5V 12V分开，完全隔离，提升输出的平稳性。
双磁放大结构
例如，上图红圈处，比单磁放大的拓扑多一个磁放大线圈，成本固然要高一点。但是双磁放大的优势也是明显的。在磁放大的电源中，这种拓扑结构属于比较成熟完美的一种。
6完全体的正激
这种拓扑结构则普遍应用于高端货了。除了有正激双管的优点外还有整流以及直流对直流变压。可以说性能已经相当不俗。
顶级货做工自然不俗
所谓同步整流是采用MOS管取代传统的肖特基整流二极管以降低整流损耗的技术。当需要原边往副边传输能量的时候，副边相应的MOS管就打开，让电流流过，反之，不需要传输能量的时候，MOS管则关断，阻止电流流过。而采用MOS管做整流时，要求栅极电压必须与被整流电压的相位保持同步才能完成整流功能，所以叫同步整流。多应用在大电流低电压情况下。而5V/3.3V采用 DC-DC 直流降压生成，目的跟采用同步整流一样，是用来提高电源效率的其中一种手段。DC/DC变换是将原直流电通过调整其PWM（占空比）来控制输出的有效电压的大小。可分为升压式的BOOST拓扑结构和降压式的BUCK拓扑结构。而在很多情况下，在电源内部使用同步整流技术来提高效率的，或多间都有DC/DC模块。
扎曼千瓦级产品
作为双管正激的完全体，该拓扑的效率可以说非常之好，通过各种80PLUS不在话下。上图为思民1000-HP的千瓦产品，使用该种拓扑，轻松通过80PLUS银牌。侧面证明这种拓扑结构的成熟性与优越性。
7LLC谐振拓扑结构
再来说说LLC谐振这种拓扑结构，说起来可能很陌生，但是看到产品大家估计就不陌生了，振华的金牌电源基本上都采用这种架构。金牌的威力相比大家也都知道，那都是真正高端产品的标配。
做工往往是消费者非常看重的
这种架构的特点就是效率高、输出纹波小、发热小、体积小、低EMI、负载可调范围大，可以对输入/输出电压比在很宽的范围内进行调节；可实现MOS开关管零电压开通和低电流关断，减少开关损耗，从而提高效率。
这种拓扑结构在PC电源中，一般都是某些顶级产品采用的方案。笔者所知，Antec某1200W的产品曾经采用了这种结构，光看功率就知道一定是天价货。
移相电路
这种应用于顶级大功率电源的结构不是很复杂，元器件繁多，成本难以控制，甚至开关电路部分需要普通电源那么大一张PCB板来容纳，不过也具有易于实现恒频控制，易于高频化，不需辅助电路，铁磁元件容量小，变压器的漏感和开关器件的寄生电容可以纳入谐振电路，谐振软开关器件应力小，开关损耗小等优点。
8拓扑结构影响性能
电源拓扑结构对电源性能的影响举足轻重，本文也只能列举一些在PC电源中常见的结构，其实开关电源还有更多的类似推挽拓扑，有源钳位拓扑甚至反激的结构，只是不很常见。
总体来说，现在半桥拓扑的电源仍然占据了一部分市场，尤其是300W左右的低端市场。中端则普遍采用了正激与主动PFC的结构，不过磁放大部分存在一些差别。至于高端市场则比较依赖厂家的研发能力，大功率电源想做到高转换效率往往需要优秀的拓扑加上堆料。
编辑点评：拓扑结构虽然复杂，但是还是很好分辨的，电源测试的时候拆解是必要的一环，玩家以后可以根据拆解图自己分辨电源的拓扑结构，孰优孰劣，了然于眼前，只买对的不买贵的，远离厂家放的烟雾弹。