技术派旗舰的新标杆 详解80PLUS Titanium电源标准

　　不知还有多少玩家记得，在上期杂志中有篇关于海盗船AX1500i电源的深度体验—《无出其右的霸气海盗船AX1500i电源赏析》。作为一款让“身经百战”的MC编辑们一眼看过去都觉得“看不懂”的电源，AX1500i的一大特色就是通过了80PLUS Titanium(钛金)认证。很难说清是钛金标准成就了AX1500i，还是AX1500i巩固了钛金80PLUS新皇的威名，总之在看完实际产品后，MC决定再为大家奉上深入的标准解析，满足技术Geek的好奇心，也有利于发烧用户掌握未来电源评测的关键看点。

　　在过去的十年里，80PLUS电源标准从无到有，电源产品的转换效率在此标准的促进下获得了长足进步，越来越多的型号通过了80PLUS认证。水涨船高，80PLUS标准也渐渐的从白牌拔高到白金牌，逐步提高对电源转换效率的要求。此前80PLUS白金标准在230V下的效率检测要求已经全面达到90%以上，只有110V下的满载效率允许低于90%。而国内电网环境为220V标准，这意味着在国内测试时，几个参考点的效率都达到甚至超过了90%。也因此有不少白金电源标榜自己为“90PLUS”。还不等众白金产品为此而沾沾自喜，80PLUS钛金(以下简称钛金牌)就已悄悄来袭，并凭借更严苛的认证要求，正式宣布了“90PLUS”时代的来临。毫无疑问，未来的巅峰之战将是80PLUS钛金的事儿，在这里，先让我们来看看“钛金师傅”都给立了些什么规矩……

　　从上面的表格上我们可以看出，桌面级80PLUS钛金牌认证最高的转换效率要求高达94%(50%负载)，这确实是个神级数字。但细心的玩家会提出一个疑问，桌面80PLUS钛金牌的认证只有115V电压下的标准，与之前的多个80PLUS认证需通过115V、230V两个电压标准的情况明显不同。通常来说输入电压越高，越有利于提高转换效率。钛金牌的230V标准是留给服务器认证的，要求是比115V高，但却很难与桌面的标准对比。其实内行人应该知道，在这种高效率要求下，输入电压的影响已经不大了，115V下达不到96%的效率，在230V下也依旧难以达成。

　　另外，过去的80PLUS规格升级，无非是在原基础上进一步提高转换效率要求。而钛金牌(下文中如无特殊说明，指的都是桌面钛金标准)不同，除了进一步提高20%负载、50%负载和100%负载检测点的转换效率要求，还首次加入了10%负载检测点，并要求在这种轻载下，电源的转换效率也要超过90%。不要小看这个要求，对内行的厂商来说，非常清楚它是一个多么高的门槛。这对电源的设计、选料和工艺提出了极高的要求，要在当前白金牌的基础上再上一个档次，这谈何容易？

　　80PLUS组织为何要引入10%负载检测点，为何会在钛金牌上试水？其实说来也简单，低负载检测点是为高性能桌面计算机准备的，因为这类PC搭配的电源往往都是大功率型号，例如AX1500i，即使10%低负载，都已经输出了150W电力。实际上很多用户，包括高端用户的PC，在不少时候都处于空载、低负载状态，难以将平台功耗推高到150W以上。针对这种情况，用户如何定义自己电源的优劣与否、节能与否？这给了80PLUS组织开创新检测点足够的理由。

　　至于为何从钛金开始试水，通常情况下会认为是对钛金的偏爱，增加认证附加值。实际上很可能是80PLUS组织的“迫不得已”。由于电源中的控制电路耗电及各环节中存在难以消除的损耗（比如开关损耗），所以电源效率不可能提高到100%。而且这部分损耗比较难准确控制，但却有相似的消耗趋势，无论输出功率多大、多小，总是存在一定值的损耗。假设能将这部分功耗控制到最小，恒定损失X瓦，那么很显然，总功率小的型号总比总功率大的型号效率更低。换句话说，高功率产品更容易达成低负载拥有高效率的目标。实际上对当前1000W以上输出功率的电源来说，要满足低负载高效率都尤为困难，那些输出功率低于500W的电源就更别提了。所以，与其从铁公鸡身上拔毛，不如让高功率的高端产品先行，加大基数后，更容易将这部分固有损耗占有的比率降下去，也是市场需要的“旗舰”产品包装方法。

　　揭秘94%神级效率是怎样炼成的

　　新的钛金标准中10%低负载的高效率要求固然备受关注，但并不让人震惊，而它要求电源在50%负载下的转换效率要高于94%的要求就着实让人吃惊了。部分读者或许还记得MC在去年末曾连载了好几期的电源技术专题，其中我们有提到：即便是当时性能最优秀的“高质量实验样机”组合到一块儿，也难以将最高效率推升至94%的高度，更别提服务器级的96%。那钛金牌94%、96%的效率是从何而来的呢？

　　效率估算—串联乘法与并联加权平均

　　电能在电源内部需要经过好几个不同的处理环节，每个环节都有效率这个指标。这些环节像流水线一样被串联起来后，最终的总效率就是所有环节各自效率的乘积，比如PFC有98%的效率，隔离式功率变换器有96%的效率，输出整流与调制有99%的效率，那么整机效率则是98%×96%×99%=93.13%。

　　当部分环节是并联起来时，并联后的效率则是并联环节的加权平均。假设某机器的PFC有98%的效率，隔离式功率变换器1有96%的效率输出300W，隔离式功率变换器2有98%的效率输出200W，输出整流与调制有99%的效率，则最终的总效率是98%×（300W×96%+200W×98%）÷500W×99%=93.9%

　　当然，在大多数计算方法中，输出整流与调制是与隔离式功率变换器的效率合在一起的。通过一些行业参考性的数据，我们知道主动式PFC的效率往往在95%左右，顶级的可达98.6%；隔离式功率变换器作为开关电源的心脏，效率各异，最高效率的当属LLC谐振半桥，效率在94%左右，最高的也可以接近97%，但是往往受限于功率等级做不到很大的功率输出。

　　如果要得到一个94%的整体效率，那么至少需要一个98%×96%的组合，而96%整体效率的要求则更高。这势必需要电源设计、制造中具备非常优秀的优化与非常豪华的用料。即便如此，这套组合的输出功率等级也被电路结构限制在了400～600W之间。如果要加大输出功率等级来满足10%负载条件下的效率要求，就还需要一些别的办法。

　　电流分摊

　　当输出功率变大时，效率的最大杀手“电流”的作用就非常明显了。由于P=I2R的关系存在，效率损耗往往与电流的平方成正比关系。以一个10A的输出电流，1Ω的电源等效内阻为例，效率损耗是100W，而当电流扩大到20A时，这个损耗就成了400W！在电源中，导线电阻损耗，变压器涡流损耗，半导体器件导通损耗，连接器接触电阻损耗，这些损耗都与电流的平方相关。它们都是电源中等效内阻的一部分。在软开关电源中，这部分损耗占主要地位。

　　除了用更好的元器件与材料来降低等效内阻以外，若将一台机器中的电流分摊成好几个部分分别处理，那么损耗自然也就呈方根趋势下降。这也就是为什么交错临界式PFC与多相交错式LLC电路结构会比较常见于大功率高效率电源中的原因。而且如果控制电路有足够的能力，成本上也有足够的空间，那么把电流分成四至六路处理，最终得到一个96%~97%的整体效率，在理论上也是有可能的。

　　至少就目前问世的钛金牌电源来看，这是必须采用的设计思路。例如我们之前测试时也讲到了，海盗船AX1500i中的元器件都是成双成对的，就是分流处理思路，可以简单地理解为将两个高效率的电源在内部并联了起来。另外，AX1500i单独设计了一路交错临界式PFC+LLC用于解决非12V电压的输出，并做了一路准谐振反激电路给控制模块等外围设计供电。这样能显著降低其他输出对12V主电路的干扰，也是分流思路带来的效率提升设计。

　　全软开关与无桥PFC

　　其实到了80PLUS白金牌，主功率变换拓扑就已经看不见硬开关的产品了。到了钛金牌，所有的环节都不再允许硬开关的存在。这意味着主流产品中难寻的交错临界式PFC，在此将成为入门级的技术，LLC谐振半桥与同步整流更是必备武器。

　　当这些全软开关的条件就绪以后，抬高母线电压，也就压榨了电路上最后一点效率提升空间。一些实验数据表明，如果将PFC的输出从390V抬升至480V左右时，整机效率可以提高近1%。抬得更高对效率也有利，但提升将不再明显，而且此时电解电容与功率MOSFET将比较难承受这样的电压应力。此时如果效率还是达不到要求，那么只有请出无桥PFC了。一直以来，无桥PFC在业内的争议都比较大，因为它能够为PFC级带来约0.9%的效率提升，但是成本提升2~3倍！所以应用比较有限。它的主要目的在于消灭整流桥的整流损耗。为大电流整流提供更高的效率。当然这种“非主流”技术的开发难度也是比较大的，只有类似AX1500i这种旗舰才消受得起。

　　钛金榜样力量或大于实际意义

　　在电源工业中有这么一种观点来评价一款电源是否“节能”：若它在三年内的效率优势（省下来的电费）能收回与竞品的成本差异，那么它就是节能的，反之则是浪费。毕竟，任何生产活动都是耗能的，而金钱又是劳动产出的等价物。在生产高效电源的组件，以及高效电源本身的过程中，可能会造成更多的能源与自然资源耗费。另一方面，如果真是以节能为己任，那么就不应天天使用1500W的电老虎。一台500W，90%效率的计算机与一台1500W，95%效率的计算机使用一年，哪边的碳排放更恶劣也是一目了然。

　　如此看来，将80PLUS钛金暂时定性为“伪节能伪环保”并不为过。但是长远来看，它可以促进技术进步，促进市场进步，这也是80PLUS钛金的意义所在，而不仅仅是相比白金牌提升了2%效率那么局限的意义。总的来说，80PLUS钛金已经差不多榨干了现有电路技术的物理极限。更高的电源效率要从材料学甚至自发电方向去寻找了。不过当这枚新的皇冠带在更多产品头上时，说不定也会有80PLUS“氪金牌”出现，来成为下一代皇冠。

　　Tips：80PLUS钛金的前世今生来自服务器的cutdown？MC编辑们第一次见到80PLUS钛金电源产品的实物展示，是在今年6月的台北ComputeX展会上，而第一次测试钛金牌电源还是前不久的事情。相信绝大多数读者也会觉得钛金标准和钛金电源是陌生的新事物，在此之前80PLUS体系的最高标准就是白金牌。

　　其实不然，钛金牌的标准早在2011年8月便低调面世，只是当时仅针对服务器电源进行认证，而且规格要求比现在针对桌面的规范更高，230V电网下，20%、50%和100%负载的效率需超过94%、96%和91%。好笑的是GEEnergyLineage Power的CAR1612FPBRXZ02A在当年11月有幸成为了第一个“钛金牌”电源。可惜这个“钛金牌”电源竟是个乌龙！由于该机型在20%和50%负载条件下的转换效率并未达到钛金牌的要求，不知是否因误操作打上了钛金的标示，不久这个认证就被撤销掉了。

　　到了2012年1月30日，戴尔的D750E-S2总算满足了钛金牌服务器电源逆天的标准，成为了第一款真正的钛金货。这款产品有人从侧面考证是台达为戴尔OEM的产物，不过由于不在市面上流通，拿不到样品，因而实情未知。

　　大概在2012年3月至4月之间，钛金牌开始向桌面电源开放认证，相比服务器电源，桌面电源的指标要求略低一些，但仅有115V下的衡量标准，不好直接和230V下的服务器标准对比。同年4月26日，PC消费电源市场的效率先锋振华，终于有一款产品SF-6020P14-TE通过了钛金认证。然而也颇为有趣的是，这款电源决定深藏功与名，并没有成为面向消费者的量产产品，甚至连振华自己都没怎么宣传。

　　直到2014年2月14日，海盗船有一款75-001971（CP-9020057），市场命名AX1500i的电源通过了钛金认证，在它推向市场后，也就终于拿下了第一款量产80PLUS钛金牌桌面电源的皇冠。

　　文 郭景希