电源设计是什么

  一、什么是电源模组

  模組电源是指某个电源包含若干个具有独立供电功用的模组单元。实践上模组化电源源自效劳器范畴,或许说只要效劳器才会用到模組化电源。

  所谓模组化电源是指某个电源包含若干个具有独立供电功用的模组单元。实践上模组化电源源自效劳器范畴,或许说只要效劳器才会用到模组化电源。我们知道效劳器开机运行后必须不间断的运行,因为疏忽造成的断电势必会造成损失。

  为了防止这种状况发作效劳器个别都会采取这种模组化电源,假如正在任务的供电模组挂掉了其余模组也能敏捷跟进。就像天上飞的飞机┅样假如发动机坏掉的话,备用发动就会立刻启动

  也就是说,将台式PC电源称之为模组化电源是不适当的终究台式PC电源只要一个供电模块,基础不具有一旦电源丧失供电功用而刹时启动备用供电模块的功用假如硬要将“模组化”的光环戴到台式PC电源身上的话,那僦只要那些定位较高、且具有电源线模块的电源勉强受得起了

  台式模组电源实际上是指那些具有电源线模块的电源。

  二、模组電源的定义

  1、关于模组电源的定义

  首先我们先看下什么是模块化电源模块化电源,是指某个电源包含若干个具有独立供电功用嘚模块单元电源是内部各个功能区间可实现模块化,比如EMI滤波、整流、变压、输出等功能区间各自独立并可更换再通俗点说,就是说烸个人干每个人的活互不干涉,一旦有人倒下预备待命的人立刻补上。

  而模组电源通常来讲是指的是接口模组化,如下图所示电源外部露出各个不同的接口,相当于你可以把非模组电源的线拔下来这与模块化电源是有区别的,大家不要混淆

  2、模组电源嘚接口

  我们所说的模组电源要简单得多,它是指电源的供电输出线缆没有固定在电源上而是可以选择性地使用,需要的时候接在电源上不需要就拔下来。再进一步说其实是与线材关系紧密,与功能模块已经关系不大了

  上面的仅仅是定义,但是消费者真正关惢的是到底二者的区别在哪下面我们一步步分析。

  三、模组与非模组外观上的区别

  就外观来说模组电源与非模组电源线材最夶的不同就是线材,模组电源需要自己动手接上自己需要的线材而非模组电源则无法按照自己的需求链接线材,你需不需要线材就在那里。主流非模组电源所标配一般都是1个20+4pin主电源接口、1个4+4pin CPU供电接口、1个6+2pin显卡接口、几个大4pin接口、几个小4pin接口、几个SATA硬盘供电接口而模组電源可以提供更多的接口,比如双显卡接口更多的SATA接口等等。

  1、一般的非模组电源

  2、模组电源线材

  我们知道,目前NVIDIA和ATI(AMD)都有各自的多卡并联技术N卡可以3路SLI,而A卡则可4路CrossFire且不说这些多款并联技术是否可以实现1+1=2的效果,但可以肯定的是要想让这些多卡並联平台转起来,没有模组电源是不行的此外,需要用模组电源的还有RAID存储阵列系统对于某些玩家而言,如果组建raid 5磁盘列阵的话至少需要三块硬盘而raid 10则需要5块硬盘,这种情况下如果没有模组电源的话自然也是不行的。

  四、模组与非模组背部走线的区别

  非模組电源前面我们已经提过了它把所有的线材都要备齐,无论你是否真的需要都没法拔下来。而模组就可以按照自己的选择插拔下面峩们说说背部走线,现在背部走线是一个很时髦的词语但不单单是时髦,它还可以有效的节约机箱内部空间避免内部线材杂乱影响散熱。

  说到这里有些玩家可能就会注意到了背部走线不光是电源决定的,机箱的因素更加重要如果机箱不支持,那么再好的电源也昰白搭通常来说背线机箱主板托盘后方的空间一般都要在1.5-3cm之间,才能够更加轻松的容纳进多余的线材这点消费者的选购机箱时要特别紸意。其次电源下置相对较容易完成背部走线

  1、非模组电源的背线

  背部走线这个事情,笔者认为并没有严格设计规范,更多凊况下取决于玩家自身的理解只要线材并没有占据机箱内部大部分空间,线材可以从机箱背部很好的穿过去并且可以通过扎线进行绑萣,不显得杂乱就算很出色的背部走线设计只要自己动手愿意尝试一下,完全可以实现

  2、扁平的模组线材

  当然了模组电源大哆时候会给用户扁平化的线材,这样对于背部走线是有利的同时可以选择安装需要的线材,的确是更加容易完成背部走线但是不代表非模组电源就无法完成,所以在背部走线这个问题上玩家无需纠结模组与非模组,这里只是一个相对哪个更加容易的问题并不是成与鈈成的问题。

  五、模组与非模组内部结构的区别

  在结构上普通电源是把全部的输出线缆都直接焊接在主PCB板上,不可拆卸而模組电源则是把输出线缆分为接口和线缆两部分,模组电源本身只留下接口部分线缆独立在外。因此从外面看模组电源它比普通电源多絀了几排接口。从内部看模组电源它的供电输出到模组接口就截止了。

  模组电源的设计相比非模组电源来说会好不少因为非模组電源的线材是从电源的PCB板直接引出,而模组电源还是需要模组PCB板及接头这样对于电源的转换效率和电源的输出都具备着不少的考验,这時就要对电源的设计以及做工用料方面有着考验所以相同参数的情况下,模组电源的成本要高一些这也是为什么价格就提升的原因。

  2、非模组电源内部

  至于其他的电路结构笔者就不去给大家深入挖掘了。笔者可以在这里告诉大家2款参数极为接近的电源,模組与非模组性能的区别是完全可以忽略不计的。

  六、总结模组的选择条件

  说道这里,相信大家也有了不少的了解下面笔者總结一下:

  1、是否真的需要模组电源,视装机情况而定如果定位是一台入门的家用、办公、学习用机,那不一定需要模组电源如果打算组件多卡并联或是RAID存储阵列系统,那么就需要模组电源

  2、背部走线,机箱的影响因素更大如果有这个打算,就要挑选电源丅置背线机箱主板托盘后方的空间要在1.5cm以上的,同时选择电源线材较长的这样更加容易实现。

  3、价格方面模组电源的成本的确偠高一些,多出来的价格主要还是看消费者自身对产品的认知度,如果规划长远可以考虑选择一台模组电源,以便将来应对更多的场匼

  4、相同的参数,性能方面二者无明细差别,对性能看中的玩家更应该注重转换效率等,而不是纠结是否是模组

  大空间楿对更加容完整背线

  经过笔者上面的分析,相信玩家心目中也有了自家的答案如何选择关键看自身需要,适合自己才是最重要的泹是笔者坚信,模块化的“私人定制”以后将是趋势就像Google提出的Project Ara一样,所以模组电源的优势会在将来进一步扩大

  很多情况下都会糾结如何选购一台电源,因为电源不像CPU那样只有两家可以选择,电源的选择太多了

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电源电路是一个电子产品的重要組成部分电源电路设计的好坏,直接牵连产品性能的好坏我们电子产品的电源电路主要有线性电源和高频开关电源。从理论上讲线性电源是用户需要多少电流,输入端就要提供多少电流;开关电源是用户需要多少功率输入端就提供多少功率。

线性电源功率器件工作茬线性状态如我们常用的稳压芯片LM7805、LM317、SPX1117等。下图一是LM7805稳压电源电路原理图

从图上可知,线性电源有整流、滤波、稳压、储能等功能元件组成同时,一般用的线性电源为串联稳压电源输出电流等于输入电流,I1=I2+I3I3是参考端,电流很小因此I1≈I3。我们为什么要讲电流是洇为PCB设计时,每条线的宽度不是随便设的是要根据原理图里元件节点间的电流大小来确定的(请查《PCB设计铜铂厚度、线宽和电流关系表》)。电流大小、电流流向要搞清楚做板才恰到好处。

PCB设计时元件的布局要紧凑,要让所有的连线尽可能短要按原理图元件功能关系去布局元件与走线。本电源图里就是先整流、再滤波、滤波后才是稳压、稳压后才是储能电容、流经电容后才给后面的电路用电图二昰上面原理图的PCB图,两个图相似左图和右图就是走线有点不一样,左图的电源经整流后直接就到了稳压芯片的输入脚了然后才是稳压電容,这里电容所起的滤波效果就差了很多输出也有问题。右图就是比较好的图了我们不仅要考虑正电源的流向问题,还必须考虑地囙流问题一般来说,正电源线和地回流线要尽可能同进同出彼此离近点。

图二 线性电源PCB图

设计线性电源PCB时还应注意线性电源的功率穩压芯片的散热问题,热量是怎么来的若稳压芯片前端电压是10V,输出端是5V输出电流为500mA,那在稳压芯片上就有5V的电压降产生的热量就為2.5W;如果输入端电压是15V,电压降就是10V产生的热量就为5W,因此我们布板是要根据散热功率来留出足够的散热空间或合理的散热片。线性電源一般用在压差比较小电流比较小的场合,否则请改用开关电源电路。

开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止产生PWM波形,经过电感和续流二极管利用电磁电转换的方式调压。开关电源功率大、效率高、发热小我们一般用的电路有:LM2575、MC34063、SP6659等。開关电源理论上是电路两端功率相等电压成反比,电流成反比

图三 LM2575开关电源电路原理图

开关电源PCB设计时,需要注意的地方是:反馈线嘚引入点、续流二极管是给谁续流从图三可以看出,U1导通时电流I2进入电感L1,电感的特性是电流在电感里流过时不能突然产生也不能突然消失,电流在电感里的变化时有一个时间过程的在脉冲电流I2流过电感的作用下,有部分电能转换成磁能电流逐渐增大,到一定时候控制电路U1关断了I2,由于电感的特性电流不能突然消失,这时候二极管起作用了它接替电流I2,所以叫续流二极管可以看出,续流②极管是给电感用的续流的电流I3是从C3的负端出发,经D1L1后流入C3的正端,这里就相当于抽水机利用电感的能量,把电容C3的电压提高了還有就是电压检测的反馈线引入点问题,应该是经过滤波后的地方反馈回去不然会使输出的电压纹波更大。这两点是我们很多PCB设计人员經常忽视的地方以为同一个网络,接在那儿不是一样其实接的地方不一样,性能影响是很大的图四是LM2575开关电源PCB图,大家看看错的那幅图是哪里错了

我们为什么要详细讲原理图原理,因为原理图里包含了许多画PCB的信息如元件引脚的接入点,节点网络的电流大小等看清楚了原理图,PCB设计就不成问题了LM7805和LM2575电路分别代表了线性电源和开关电源的典型布板电路,做PCB时直接按这两种PCB图布局与布线就行,呮是产品不同电路板也不同,根据实际情况调整

万变不离其宗,所以的电源电路的原理及布板方式都是如此而每个电子产品都离不開电源及其电路,因此学通了这两个电路,其它的也了然于胸了

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LM5117 是一款同步降压控制器适用于高电压或各种输入电源的降压型稳压器应用。其控制方法基于采用仿真电流斜坡的电流模式控制电流模式控制具有固有的输入电压前馈、逐周期电流限制和简化环路补偿的功能。使用仿真控制斜坡可降低脉宽调制电路对噪声的敏感度有助于实现高输入电压应用所必需的極小占空比的可靠控制。

  LM5117 的工作频率可以在 50 kHz 至 750 kHz 范围内设定LM5117 可利用自适应死区时间控制来驱动外部高边和低边 NMOS 功率开关管。用户可选嘚二极管仿真模式可实现非连续模式操作提高轻负载条件下的效率。高电压偏置稳压器可利用外部偏置电源进一步提高效率LM5117 独特的模擬遥测功能可提供平均输出电流信息。其他功能还包括热关断、频率同步、断续 (hiccup) 模式电流限制和可调输入欠压锁定

  仿真峰值电鋶模式控制

  稳定的 3.3A 峰值栅极驱动

  自适应死区时间输出驱动器控制

  自由运行或同步高达 750 kHz 的时钟

  可选的二极管仿真模式

  0.8V 鈳编程输出

  精度为 1.5% 的电压基准

  可编程软启动和跟踪

  可编程输入欠压锁定

  可编程切换至外部偏置电源


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