80PLUS是这样铸成的！
技术讲坛
关于80PLUS电源我们已经谈得很多了，在节能减排的大环境下，各大电源厂商都推出了自己旗下通过了80PLUS认证的产品，除了发烧友喜爱的高功率电源外，包括像300W、350W以及400W这种普通用户使用的主流电源，也出现了80PLUS的产品。对于80PLUS电源，大多数人的印象无非是质量好、价格贵这两点。但大家知道为什么这些通过80PLUS的电源能达到如此高的转换效率呢？它们又为什么这么贵呢？下面我们就来解析一下市面上80PLUS电源常用的一些技术，相信通过我们的分析，大家就能明白80PLUS电源贵在何处了。
高效率之源——软开关技
对于80PLUS电源而言，它最大的目的就在于提升电源的转换效率，同时减少电力损耗，特别是要求转换效率超过85%甚至90%，这对于采用老技术的传统电源是难以突破的瓶颈。因此80PLUS电源在采用的技术方面必然要有所突破，而在这种种采用的新技术中，软开关技术显得尤为重要，正是因为它，电源的效率才有可能大幅提升。
软开关技术是指电源利用专用的控制芯片，在电路中电压和电流变化的某个特殊时刻，开启和关断元器件实现对电压电流的调制。采用软开关技术可以有效地降低开关损耗和开关应力，有助于电源效率的提高，同时降低电磁干扰。从现在来看，软开关技术包括了有源钳位、LLC谐振半桥和移相全桥这三种方案。
有源钳位
有源钳位技术是一项原理非常复杂的技术，这项技术历经三代，且都申报了专利。第一代为美国VICOR公司的有源钳位ZVS技术，这项技术将DC/DC（直流转直流）的工作频率提高到1MHz，但是并未让转换效率超过90 %。为了降低第一代有源钳位技术的成本，IPD公司申报了第二代有源钳位技术专利，这项技术采用了P沟道MOSFET，使产品成本减低很多，不过这项技术的劣势是磁能在磁芯复位时会有无意义的损耗。一位美籍华人工程师于2001年申请了第三代有源钳位技术专利，其特点是在第二代有源钳位的基础上将磁芯复位时释放出的能量转送至负载，所以实现了更高的转换效率。
有源钳位技术早已在电信等特殊领域应用，但这项技术应用起来比较复杂，直到控制芯片技术的不断更新，降低了新技术在PC电源上的设计难度，才让该技术得以大规模应用。尽管如此，与硬开关技术相比，有源钳位技术的电路设计还是显得复杂，同时也需要更高额定电压的开关器件，导致其成本难以降低。该技术的好处是开关损耗极低，更容易让电源实现高效能，同时适用于各种功率等级，应用范围较广。目前少部分80PLUS金牌电源就使用了有源钳位技术，如康舒R9、海盗船HX850W，航嘉R85等电源也采用了这项技术。
LLC谐振半桥
LLC谐振半桥是目前300W至500W低中级别瓦数金牌电源常用的设计方案，LLC谐振半桥+同步整流+DC转DC的拓扑结构，这也是目前金牌电源当中常见的一种结构。LLC原本多用于电视等设备的电源，拥有非常高的转换效率（但是在动态范围方面稍有逊色），具备了冲击白金牌的实力，电脑电源采用此结构也可以说是效率的很好保证。
LLC技术拥有两大特点，一是高稳定性，对输入电压的变化不敏感，也就是能适应较宽的输入电压范围；二是高效率，LLC技术能把效率提升到90％以上，所有开关器件及二极管都实现软开关，在可以稳定地输出电压的同时，还具有较低的EMI，对主电路不产生干扰。LLC谐振半桥和有源钳位一样，也是一个利用超低开关损耗来实现超高效能的软开关技术。它的优点很明显，其电路结构非常简单，不需要输出电感，能降低整体成本；同时这种电路的发热量更低，对周边元器件的规格要求也不高。
不过这项技术也有其不足之处，LLC谐振半桥电路的磁性设计比较复杂，输出电容上的高纹波电流和可变频率也不易控制。虽然成本较低，但是设计难度却较大，因此应用LLC谐振半桥技术来研发高效能的电源实际上并不容易。在众多电源厂商中，台湾的振华公司在这项技术上有着深厚的功底，振华自己旗下的低功率80PLUS电源都采用了LLC谐振半桥技术，而其他厂商的产品，如安耐美的金魔族87+系列就采用这种方案，海韵760W的电源也采用这项技术。
移相全桥
从20世纪90年代中期，移相全桥软开关技术已广泛地应用于中、大功率电源领域。移相全桥技术在MOSFET的开关速度不太理想时，对变换器效率的提升起了很大作用。这项技术充分利用电路本身的寄生参数，通过改变全桥两臂对角线上下管驱动电压移相角的大小来调节输出电压，实现了零电压开通，大大降低了开关损耗和干扰，从而提升电源转换效率。
这种技术的电路实现也比较简单，但也有缺点。移相全桥需要增加一个谐振电感，这会导致增加一定的体积与损耗，并且谐振电感的电气参数需要保持一致性，这在制造过程中是比较难控制的。值得一提的是，移相全桥技术发展到现在，谐振电感的电感量已经有所减少，这不仅降低了谐振电感的体积，同时也减轻了损耗。移相全桥技术主要适用于大功率电源，航嘉X7 900W电源以及海盗船AX750即是采用这项技术。
低电压福音——同步整流技术
同步整流技术是专门针对低电压大电流应用而提出的。在低电压大电流应用中，传统二极管受其导通压降的限制，电能损耗较高，并且电压越低，电流越大，损耗也越大。同步整流技术采用特殊的电路，用低导通电阻的功率MOSFET管替代二极管，在适当的时刻接通或断开这些功率MOSFET管来实现整流，其损耗大大低于二极管，提高了低电压大电流变换器的效率。
同步整流技术包括自驱动与外部驱动。自驱动同步整流方法简单易行，但是次级电压波形容易受到变压器漏感等诸多因素的影响，造成批量生产时可靠性较低而较少应用于实际产品中。对于12 V至20 V之间输出电压的变换则多采用专门的外部驱动IC，这样可以达到较好的电气性能与更高的可靠性。同步整流技术的具体实现形式多种多样，可以用专用的控制芯片实现，也可以由变压器直接驱动。从实际效果来看，使用该技术后电源的转换效率和性能均有所提高。同步整流技术往往和有源钳位技术以及其他软开关技术结合在一起，目前基本上品质较好的电源都采用了同步整流技术，例如航嘉R80、航嘉X7系列、振华80PLUS产品等等，目前大多数通过80PLUS金牌认证的电源也都使用了这项技术。
保证输出品质——DC-DC技术
DC-DC技术其实对用户而言并不陌生。主板和显卡上的供电电路要将+12V直流电压转换成1V多点的CPU和GPU工作电压，使用的就是多相的DC-DC电路，正式名称叫“多相同步Buck变换器”。DC-DC技术在专业电源领域已经发展了很多年，这项技术比较成熟，而且实际应用中的性能表现很好，不过采用这项技术会让电路设计变得复杂，相应的成本也会提高。一般来说，使用DC-DC技术，设计者如果想要简化电源内部空间的话，DC-DC采用的电感和滤波电容就会受到限制，那么得到的结果无非是两种，要么效率高，但是电源纹波不够稳定，要么电源稳定，但是转换效率不高。要想两全其美，只有大幅增加成本采购昂贵的元件来保证性能以及空间的占用。
DC-DC技术用单独的DC-DC变换电路来实现5V和3.3V输出，相比传统的双路磁放大电路，它解决了12V、5V和3.3V输出之间的互相干扰问题，并且可以简化主电路的设计，有利于提升转换效率。由于DC-DC技术本身可以根据输入和输出的波动自行调节，所以+5V和+3.3V输出可以实现独立调节，此外DC-DC技术有很高的开关频率，可以实现很快的动态响应。DC-DC一般来说还是一种比传统肖特基二极管整流更高效的设计，可以减少十几瓦到数十瓦的损耗，所以这种技术也成为了一种主流高端电源所采用的技术，在各款80PLUS电源上都有使用，不过就像我们之前说的一样，要想利用这项技术大幅提升电源品质，高昂的成本是必不可少的。服务器电源很多都采用了这项技术，而一些高档的普通PC电源也开始使用DC-DC技术，比如康舒i85、振华600W、Tt Toughpower Grand系列等。
写在最后
相信看过了我们的技术分析，大家就应该明白为什么品质好的电源在价格上会这么昂贵，事实上包括通过80PLUS认证的电源，它们所采用的技术并不是什么火星科技，很多技术都比较成熟，但是这些技术要么在设计上相对比较复杂，要么就是只有使用更好的元件才能让电源达到更好的品质，相应的这也就增加了电源的成本。
实际上，就目前国内的电源市场来说，即使是80PLUS金牌电源都还存在着量产以及非量产两种类型的产品，过高的价格也使得80PLUS电源离主流消费者还有一定的距离，所以让80PLUS电源一下就普及开来也并非易事。不过随着技术的提升，包括一些新技术的采用，如双管正激拓扑，都会使得高品质电源离我们越来越近；此外，目前一些成熟的方案，包括80PLUS电源的量产方案都已经逐渐出台，厂商也会根据自己的研发实力和经济实力来决定采用什么技术和方案去开发品质更好的电源，这也必然使得优质电源的价格会逐渐下滑，相信在不久的将来，我们谈到80PLUS电源的时候，不再是因为这类产品的价格而变色！