邊拆解邊科普！用全漢Hydro G Pro1000看懂電源原理和結(jié)構(gòu)    

翻看了過去自己的電源拆解文章，發(fā)現(xiàn)一些基本原理沒有講清，如果一點基礎(chǔ)知識都沒有，就會看得云里霧里，所以覺得應(yīng)該整理下自己的資料，好好梳理一篇能讓大多數(shù)人都看得懂的，關(guān)于電源拆解和簡單科普的文章。

當(dāng)然由于本人只是愛好者，并不是專業(yè)人士，所以難免有錯誤或遺漏的地方，歡迎大家交流以及指正。

邊拆邊科普

慘遭拆解的電源是全漢 Hydro G Pro1000W電源，為啥不拆解個主流的500~600w電源？因為1000w電源的結(jié)構(gòu)和電器元件更加完整，看完1000w的拆解，再去比對500w，600w的，就知道電源哪里簡化了，元件哪里縮水了。當(dāng)然拆解后將失去保修，還是我們這些發(fā)燒友來做吧。

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當(dāng)你第一次打開電源后（千萬不要連著電哦?。?，很可能只認出了電源風(fēng)扇和散熱片，其它的一些奇奇怪怪的元器就不知道了！所以還是得從源頭來講起。

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故事要從1884年說起，一個名叫特斯拉的年輕人帶著前雇主的介紹信去找他的偶像——托馬斯·愛迪生，希望他能幫助自己完成交流電系統(tǒng)的發(fā)明。。。。。。算了，篇幅有限就不講這個故事了，大家有興趣可以去查查這段有趣的歷史。反正就是最后交流電被認可，取代了直流電，成了供電主流，畢竟交流電在發(fā)電和輸送上的成本更優(yōu)。

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但除了純阻性設(shè)備和一些電機之外，我們的家用電器一般均使用直流電，尤其是IT產(chǎn)品等等設(shè)備的電子元器件只能識別有電位為1、無電位為0，所以就無法對交流電這種波動的變量進行正確的邏輯判斷。

那么用一句話來說明PC電源的作用就是：把較高的交流電（AC）變成PC電腦工作所需要的較低的直流電（DC）。

交流電是指電流方向隨時間作周期性變化的電流，在一個周期內(nèi)的平均電流為零。

直流電是指電流狀態(tài)，大小、方向不隨時間變化的電流。

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但其實真正的轉(zhuǎn)換過程要復(fù)雜得多，中間還會經(jīng)歷脈動（直流）電這一過程。

脈沖電流也叫脈動電流，就是指方向不變而強度變化的電流。

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PC電源的具體工作流程如下：交流電在濾波和整流后變?yōu)橹绷麟?，接著進入開關(guān)電路把直流電轉(zhuǎn)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(jīng)過整流和濾波后最終得到電腦所需的，相對純凈的低壓直流電。

這是一個開關(guān)電源的典型流程，特點是在一次側(cè)（變壓器之前）保持高壓、高頻狀態(tài)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(guān)電源可以根據(jù)與之相連的耗電設(shè)備的功耗的大小來自我調(diào)整，從而降低發(fā)熱量，提高效率，也更加節(jié)能。缺點就是設(shè)計相對復(fù)雜，有高頻干擾。

與之相對就是線性電源，它的流程就是先降壓然后再整流，這樣體積就比較大，效率也低。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定度高，波紋較小，適合為低功耗設(shè)備供電。這兩種都是典型的直流電源。

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具體的濾波電路，開關(guān)電路，整流電路，變壓電路，低壓轉(zhuǎn)換電路等等都是相對獨立的電路，可以任意組合搭配，組成不一樣的電源結(jié)構(gòu)。當(dāng)然不同的電源設(shè)計搭配，有不一樣的轉(zhuǎn)換效率，也會有不同的價格。比如這臺全漢Hydro G Pro100，采用的是主動式 PFC+同步整流+LLC 諧振+DC To DC 的設(shè)計。

下面就按照順序逐一介紹下每一個過程，首先是

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EMI濾波電路

在整流之前必須對交流電進行濾波，用來濾除市電網(wǎng)中的電壓瞬變和高頻干擾，同時也防止開關(guān)電源中的開關(guān)管產(chǎn)生的高頻干擾傳輸?shù)绞须娋W(wǎng)中，形成對其他用電器的高頻干擾。

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濾波電路分為一級EMI和二級EMI，一級EMI往往靠近市電接口部分，二級EMI則被安置在電源的主PCB板上。

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一級EMI部分現(xiàn)在的趨勢是簡化，一般都會有一個X電容，和一對Y電容，這個Hydro G Pro1000還有一個鐵氧體線圈（被包裹住了），算是比較少見的。

Y電容：連接火線和地線之間，以及零線和地線之間，負責(zé)濾除共模干擾及共態(tài)噪聲。

X電容(跨接線路濾波電容)：用來并聯(lián)火線與零線間的電容，可以消除來自電力線的低通常態(tài)噪聲。

鐵氧體扼流圈在濾波電路中為串聯(lián)在火、零線上，用來消除電線低通共態(tài)以及射頻噪聲。

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二級EMI：有2個共模電感、1個X電容、一對Y電容。

X電容負責(zé)濾除差模干擾，Y電容負責(zé)濾除共模干擾，共模電感用于濾除共模干擾。

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這部分還有一些保護器件，也是往往一些低端電源會（部分）閹割掉的。這款Hydro G Pro1000配備一個MOV（很多MOV都是藍色的）和一個保險管。

總的來說在Hydro G Pro1000濾波部分非常完整，可以作為電源是否縮水的比對參考。

保險管：當(dāng)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后端電路。

金屬氧化物壓敏電阻(MOV)：并聯(lián)于保險管后端的火線與地線間，目的是抑制市電尖峰，能處理高電流、吸收高能量并迅速反應(yīng)以保護設(shè)備免于瞬態(tài)故障超過額定限制。

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一次側(cè)整流電路

電源內(nèi)部一般都有兩個散熱片，一個屬于一次側(cè)，另一個屬于二次側(cè)。但這款Hydro G Pro1000有多組散熱片，整流橋獨享一個散熱片，這是高端電源整流橋的典型現(xiàn)象。

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整流橋可以是由4顆二極管組成，也可以是由單個元器件組成。這款Hydro G Pro1000是使用了單個元器件，由于遮擋沒法拍到具體型號！

整流橋的參數(shù)非常重要，其輸出電流的能力可以看出一款電源虛不虛標(biāo)，用該電流值乘最低電壓值（100~110V）就得到允許的功率，如果此值大于該電源的額定功率，該電源就不虛標(biāo)。

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一般大功率電源還看到配一個繼電器（臺灣松川）和一個熱敏電阻，上面那個橙色的應(yīng)該是CBB電容。

NTC熱敏電阻的作用是防浪涌電流保護，它根據(jù)溫度的變化改變電阻值，電腦在冷機狀態(tài)啟動時會產(chǎn)生一個很大的浪涌電流，可能燒毀電源和主機內(nèi)部。NTC冷態(tài)電阻極大限制了開機沖擊電流。通過大電流后，NTC發(fā)熱阻值下降為零，電源電流達到正常值。這時繼電器工作，將NTC從電路中斷開，使得NTC溫度迅速下降，恢復(fù)高阻狀態(tài)，為下次開機限流做好準(zhǔn)備。

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主動式PFC電路

這部分是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，這款Hydro G Pro1000采用的是一顆680uF,耐壓值450V,耐溫值105℃的鋁電解電容（來自貴彌功株式會社公司，俗稱黑金剛)。

主電容需有保障后端的穩(wěn)壓能力，另外就是要有一定的儲能能力，以便達到Intel ATX12V規(guī)范的滿負載輸出下保持時間不低于16ms要求。保持時間指的是交流輸入被切斷后起，到+5V輸出跌落至4.75V（低于標(biāo)準(zhǔn)值5%）的時間，主要是用來保護機械硬盤。容量值當(dāng)然可以用公式算出，這里就不介紹，一般來說500w的電源要達到300uF以上才算比較厚道（如果使用兩個電容，是兩個值的加和）。另外耐壓400V，耐溫85℃可以說是最低標(biāo)配了。

其實被動式（無源）PFC也有電容（一般是2顆），用做倍壓器，但現(xiàn)在大多數(shù)電源都是主動式的，這個就不展開講了。

PFC的全稱是Power Factor Corrector，意思是功率因數(shù)校正器（有效功率除以總耗電量，最高0.99），它在整流橋之后可以主動補償交流電的的相位差，讓交流電的波形和時間，盡量和直流電保持一致，這樣可以在交流轉(zhuǎn)換為直流時提高電源對市電的利用率，但并不是電源轉(zhuǎn)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(wǎng)的干擾和損耗，另外相比被動式能適應(yīng)更高的電壓范圍。

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開關(guān)電源的核心當(dāng)然就是開關(guān)電路了，主要工作原理是上橋和下橋的MOS管輪流導(dǎo)通，首先電流通過上橋MOS管流入，利用線圈的存儲功能，將電能集聚在線圈中，再關(guān)閉上橋MOS管，打開下橋的MOS管，線圈和電容持續(xù)給外部供電，然后就重復(fù)這一過程，因為要輪流開關(guān)MOS管，所以稱為開關(guān)電源。這樣高壓的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l脈沖電流。

這款Hydro G Pro1000采用2顆MOS管，就是PFC開關(guān)管，具體型號為英飛凌 I60R120P7 ，規(guī)格為16A@100℃;26A@25℃，漏源極擊穿電壓600V。

在開關(guān)過程中，電壓是輸入電源電壓和電感的磁場能轉(zhuǎn)換成電能的疊加之后才形成的，這樣輸出電壓高于輸入電壓，完成300V以上的升壓過程，種疊加后的能量是通過二極供電給負載的，所以在旁邊還能看到一顆二極管（2根針腳），一般稱它為升壓二極管。這顆具體型號是CREE/科銳 C3D08060A，規(guī)格為15.5A@100℃;8A@150℃,漏源極擊穿電壓600V。

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在這個散熱片后面還能看到一顆管子，猜測可能是一個保護二級管，和升壓二極管并聯(lián)后（作為旁路）可以分流從而保護PFC開關(guān)管和升壓二極管。

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變壓電路

開關(guān)電源的拓撲具體種類是相當(dāng)多，但隨著多年的市場競爭，現(xiàn)在基本只能看到雙管正激和LLC諧振拓（分半橋和全橋）。這款Hydro G Pro1000用的就是LLC諧振拓撲，其優(yōu)勢就是效率會做到相當(dāng)高，是現(xiàn)在中高端電源的主流方案。

一般情況下，LLC結(jié)構(gòu)會有3個變壓器，主變壓器最大，旁邊的為諧振變壓器，在遠端還有一個5Vsb待機變壓器。

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LLC分為半橋結(jié)構(gòu)和全橋結(jié)構(gòu)，全橋的標(biāo)志是4個三極管或MOS管組成，而這款Hydro G Pro1000在二次側(cè)的散熱片上只有2個（型號拍不到），無疑是半橋結(jié)構(gòu)的。這兩個MOS管就叫做主開關(guān)管。

其實雙管正激也可以看到2個MOS管，它由單管正激升級而來，拓撲結(jié)構(gòu)由兩個功率開關(guān)管和兩個二極管（用于復(fù)位）構(gòu)成，相比單管正激而言，每個開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力減半，輸出整流方案選擇多，可以肖特基整流，也可以同步整流。相關(guān)的控制技術(shù)成熟，因此輸出紋波和動態(tài)性能都可以做好。但就是效率不容易做到很高。一般最高也就是金牌的效率，再高也能做，但成本上和LLC相比也沒有優(yōu)勢，也就沒啥意義了。開關(guān)的動作并不是瞬時完成，總會有一定的損耗，而LLC就很好地解決了這個問題。

LLC拓撲中加入了電感Lr、勵磁電感Lm、諧振電容Cr（LLC名稱的由來），電容和電的能量互相傳遞的周期為諧振頻率，再和次級電路連在一起，有更多不同的工作狀態(tài)，原理也更加復(fù)雜。總之就是兩個主 MOS 開關(guān)實現(xiàn)了零電壓開通，通過軟開關(guān)技術(shù)，可以降低電源的開關(guān)損耗，提高效率。

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右下角的為5Vsb待機電路，隨時處于“待命狀態(tài)”，因為這部分輸出始終是開啟的，即便是PC電源處于關(guān)閉狀態(tài)也是如此。

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LLC通過改變開關(guān)管的工作頻率，來調(diào)節(jié)變壓器的能量輸出，進而改變半橋LLC諧振變換器的輸出電壓值。在PCB上發(fā)現(xiàn)了一顆來自臺灣半導(dǎo)體的TS358CD 運算放大器/比較器，也許就是負責(zé)控制的IC芯片。

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二次側(cè)的電壓調(diào)整電路和濾波

+12V同步整流，由很多固態(tài)電容和磁棒電感，以及MOSFET管組成。

同步整流就是采用通態(tài)電阻極低的專用功率MOSFET，來取代整流二極管以降低整流損耗。因為柵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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同步整流有單獨的散熱片設(shè)計，底下應(yīng)該有MOSFET管。

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5V 和 +3.3V 電路，采用了 DC to DC（降壓電源）的設(shè)計，DC-DC輸出簡單的理解就是直流對直流降壓輸出，將電壓較高的12V電流轉(zhuǎn)換成5V和3.3V電流輸出。

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DC-DC模塊的PCB板上面設(shè)計了電感電容及控制IC來控制輸出。

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模組輸出端的焊點。

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模組接口PCB上有很多固態(tài)電容，進行最后的輸出濾波。

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最后說說英特爾的12VO電源標(biāo)準(zhǔn)，它要解決的就是臺式機待機時的能耗。內(nèi)存引起的待機狀態(tài)下持續(xù)的能耗是難以避免的，所以只能降低電源運行在低效區(qū)間的損耗。12VO電源標(biāo)準(zhǔn)降直接去掉3.3V和5V轉(zhuǎn)換電路，統(tǒng)一只輸出12V的直流電。3V和5V由主板來負責(zé)實施“直流電-直流電”之間的轉(zhuǎn)換，據(jù)說其效率要比轉(zhuǎn)換電路效率高，這樣電源也就要重新設(shè)計了，不過最后能否成功地推向市場就不可知了！

Hydro G Pro1000開箱

壯烈了這個1000w的電源，再犧牲前（其實還能用，就是犧牲了10年的保修）還在拍了下照，下面就來開個箱。

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電源的全家福，線材被一個布袋單獨收納。附件除了螺絲和說明書，還有紅、綠兩種略夸張的帖紙，可以貼在電源的兩側(cè)（用A卡貼紅的？用N卡用綠的？）。

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長度為15cm，雖然沒有達到兼容性最好的14cm，但作為一款1000w的電源沒超過16cm也算不錯，大多數(shù)MATX和ATX機箱都可以輕松放入。

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銘牌部分可以看到該電源通過了80 plus金牌的認證，采用了單路12V+設(shè)計，單路12V+最大電流為83.33A，能夠提供最大1000W的功率輸出，占比電源總輸出功率100%，帶起RTX3090,3080自然是沒問題的。

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電源外殼整體黑色調(diào)，表面為火山巖質(zhì)烤漆，磨砂感很強。風(fēng)扇罩采用一種十字型的設(shè)計，看起來還蠻特殊的。

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模組線接口部分有2組雙4+4PIN CPU輔助供電接口和4個6+2PIN PCI-e接口，還是足夠高玩使用，但并沒有采用混插設(shè)計，稍有不便。

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電源出風(fēng)口，除了電源開關(guān)外還有一個ECO開關(guān)，開啟后實現(xiàn)30%負載下風(fēng)扇停轉(zhuǎn)功能，讓電腦日常更加靜音。

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側(cè)面有HydroG PRO的貼紙標(biāo)志，也可更換成附件給的紅、綠風(fēng)格貼紙。

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包裝側(cè)面有給出電源的風(fēng)扇轉(zhuǎn)身曲線、電源效率曲線，以及自帶模組線的數(shù)量和接口介紹。

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模組線全是扁平的黑線，柔軟度出乎意料的好，走線會更加便利。顯卡供電線材共有4根，兩長兩短以便適應(yīng)不同的機箱設(shè)計，每根線材都有2個6+2PIN PCI-e接口。

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內(nèi)部風(fēng)扇使用的12cm的，除了有負載30%以下風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動功能，還有智能溫度調(diào)節(jié)的功能，在靜音表現(xiàn)上想來也不會差。

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風(fēng)扇來自臺灣永立，型號為MGA12012XF-O25，7扇扇頁設(shè)計，F(xiàn)DB軸承，工業(yè)風(fēng)格，買點就高壽命，在環(huán)境溫度60度時可以有10萬小時以上壽命。

最后

這次拆全漢Hydro G Pro 1000W電源真的是適合做為拆解展示，電源的結(jié)構(gòu)和電器元件雖然沒有瘋狂堆料，但卻很完整，該有的一個都不少，很適合作為科普的素材。另外還有2個優(yōu)點：(1)15cm的長度兼容性比較好；（2）有防潮設(shè)計，宣稱可以在空氣濕度90%以上的環(huán)境下使用，很適合南方的小伙伴。當(dāng)然非要找缺點也不是沒有：沒有用更加豪華全橋的LLC諧振；沒有用135mm規(guī)格的散熱風(fēng)扇。

現(xiàn)在的PC發(fā)展一改前幾年節(jié)能的風(fēng)格，旗艦級產(chǎn)品的功耗都是大漲,擠爆牙膏!尤其是旗艦級的顯卡產(chǎn)品都是大核心設(shè)計，會有很高的瞬時峰值功耗，所以即使是單卡用戶也最好為電源留出較大的余量，還是入個千瓦電源包平安吧！

小熊這邊雖然家境貧寒，但也爭取一年能拆解1~2個電源，為大家的購買給出實在的參考意見！