氮化镓下一个风口PC电源充电头网

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每台电脑PC电源需要用到10-16颗氮化镓功率器件,氮化镓应用下一个风口也浮出水面。

随着电脑CPU的“核战”开启,对多核性能的追求,电脑的CPU从单核到双核到四核再到现在YES的几十核。功耗自然是水涨船高,对电脑的电源自然提出了更多的要求,从功率到效率,从体积到功能,随着CPU的提升,电源也是不断进步的。

氮化镓应用新风口

氮化镓材料是第三代宽禁带半导体,基于氮化镓材料的开关管,现在已经在PD快充中普及。在快充中使用氮化镓开关管,能让我们的充电器变得更小巧,同等体积可以输出更大功率。

根据充电头网的观察,使用氮化镓的PD快充,和常规SiMOS的适配器对比,同等输出功率,体积只是常规SiMOS适配器的一半,可以说氮化镓的使用,真的非常明显的缩小了适配器体积。

使用氮化镓器件,氮化镓器件具备的高开关速度,可以通过提高电源的开关频率,以减小变压器的体积。

并且氮化镓器件的导阻低,效率高的优势,用在任何电源内部,都可以降低散热需求,无需使用散热片等辅助散热措施,减小电源体积。相比使用传统SiMOS,体积可以大大减小。

接下来我们来说说台式机电源。

台式机电源的主流规格是ATX和SFX电源,ATX电源是多年来沿用下来的老标准,由于历史遗留问题,体积较大。但是ATX电源也有着更多的选择,价位从百元到千元均有产品,功率选择也很多,真正做到丰俭由人。

SFX电源是近年来兴起的新电源尺寸,ATX标准尺寸**86mm,体积为立方厘米,SFX标准尺寸为**63.5mm,立方厘米,体积是ATX电源的一半还少。虽然体积小了很多,依然兼容现有的主板,也具有很好的扩展性。

随着现代电源拓扑的使用和元件性能的进化,SFX电源的功率已经达到W,已经能够满足主流的装机需求。同时现代人对电脑的体积也开始有了要求,出现了很多小机箱,只有10升以下的体积。

这种机箱通常都采用SFX电源来缩小体积,满足人们对减小机箱体积,减少空间占用。高性能小钢炮的追求开始普及,越来越多的人,也在装机的时候选择小型机箱。

截止目前,SFX电源的功率为W,虽然说这个功率已经不算小,能满足很多主流平台的功率要求,但是相比ATX电源动辄1KW以上的输出功率,配合高性能平台,还不是很够用。那么我们有没有办法继续提高SFX电源的输出功率和转换效率呢?

办法一定是有的,我们可以把氮化镓器件引入到SFX电源中,在初级开关管和同步整流管都使用氮化镓开关管来取代传统的SiMOS,组成AllGaN方案。

在电源中使用氮化镓开关管,除了受益于氮化镓本身优势,减少损耗以外,AllGaN方案,由于次级使用氮化镓开关管来进行同步整流,降低了次级同步整流控制器的驱动压力,可大幅提高电源的工作频率,从而缩小电源内部变压器等磁性元件的体积。

同时12V转5V和3.3V的同步整流降压电路也可以使用氮化镓器件,通过降低损耗提高效率和提高频率,降低电路板散热要求,并且缩小磁性元件体积。

氮化镓让PC电源小巧高效

除了在电源中使用氮化镓开关管,我们还有没有其他办法减小电源内部元件的体积呢?通过我们的拆解,快充适配器的内部,早年是需要多颗IC来实现PFC+LLC的功能。近年来推出了多款多合一的控制器,可以减小初级侧的元件数量。我们在SFX电源中也可以使用这种多合一的控制器,来精简电源的初级,减小电路板的面积。

据Gartner统计,年全球PC出货量同比增长4.8%至2.75亿台,为十年来最高增幅。加上以往出货量,全球至少有数十亿台电脑保有量。而这些个人电脑内置的PC电源,也都有升级为氮化镓功率器件的潜力。

80PLUS计划是由美国能源署出台,EcosConsulting负责执行的一项全国性节能现金奖励方案。起初为降低能耗,鼓励系统商在生产台式机或服务器时选配使用满载、50%负载、20%负载效率均在80%以上和在额定负载条件下PF值大于0.9的电源。

电脑玩家对80PLUS评分等级再熟悉不过了,根据转换效率的高低,分别为白牌、铜牌、银牌、金牌、铂金、钛金。

就拿对PC电源转换效率最严苛的80PLUS钛金为例,要求10%、20%、50%、%的效率分别为90%、94%、96%、92%。电学也要遵循能量守恒定律,96%相当于能量达到了最大化的利用,当然这个数字对于采用Si功率器件的传统开关电源技术来讲,就是不可能达到的高度。

但是,氮化镓功率器件在PC电源上的应用,就能轻松的达到80PLUS铂金标准,并有望集体挑战钛金标准。这让消费者以同样的价格,买到了同等功率,但是效率显著提升的高效PC电源。

如何实现

现在的大功率电源几乎全部使用高效率LLC谐振架构配合PFC做输入功率因数校正,并且采用这一架构的电源在快充上得到了普及。台式机电源固定12V单电压输出,并且输入具有PFC电路,输入输出电压固定,所以整个工作环境非常适合高效的LLC谐振架构。LLC谐振架构属于双管半桥谐振,采用零电压软开关,具有高效率优势,能满足80Plus钛金效率的严苛要求。

LLC+PFC


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