電源是PC主機不可或缺的重要組成部分,但是相較于一直深受玩家重視的CPU、顯卡、內存、主板等部件,電源有很長一段時間處于“能用就行”的地位,直到近年來其他硬件尤其是CPU和顯卡對供電的要求越來越高,電源才得到了玩家們真正的重視,沉寂許久的電源市場也再一次活躍起來。為了獲得玩家們的青睞并贏得市場的競爭,不少電源廠商都很努力地為自己的產品引入新技術,其中就包括一直聞其聲卻甚少見其影的數(shù)字電源技術。
桌面PC所用的電源基本上都是開關電源,但開關電源并不一定是模擬電源或者是數(shù)字電源,“開關電源”可以認為是結果,而“模擬電源”和“數(shù)字電源”則是實現(xiàn)這個結果的方式。電源內部有分為控制與功率兩個組成部分,其中功率部分決定電源的輸出能力,這里模擬電源和數(shù)字電源都可以采用相似甚至是相同的結構,但是在控制部分兩者是大相徑庭,是用來區(qū)分模擬電源與數(shù)字電源的關鍵。
典型的模擬控制芯片CM6901X
模擬電源的控制核心是模擬型集成電路芯片,其配套的電壓/電流反饋環(huán)路也大都基于電阻/電容/功能芯片等模擬器件組成,其優(yōu)勢在于技術成熟且控制邏輯簡單,很容易就能做出電氣性能達標的產品,但是要做電氣性能上的微調,基本上只能通過更改電路中元器件組合的方式實現(xiàn),加之模擬器件本身就存在質量誤差,在單一邏輯的控制下,難以展現(xiàn)出足夠的靈活度和精度。
海盜船AX1600i就是典型的數(shù)字電源產品
數(shù)字電源的控制核心則是可編程的DSP數(shù)字信號處理器或者MCU微控制器,相較于模擬電源只要把電路搭起來就能正常工作,數(shù)字電源單純把元件組裝到一起是無法正常工作的,其還需要注入“靈魂”,也就是Firmware固件。數(shù)字電源通過反饋環(huán)路獲取自身工作狀態(tài)參數(shù)后,其DSP/MCU會根據(jù)固件的設置來進行控制操作,例如切換工作模式或者微調電壓補償值等,以此實現(xiàn)更精細輸出控制,一定程度上甚至能降低功率元件質量差異帶來的性能誤差,而且功能擴展和性能優(yōu)化也可以通過更新固件的方式實現(xiàn),靈活性和控制精度相較模擬電源都要高出不少。
但不能否認的是,數(shù)字電源對廠商的軟件開發(fā)能力有較高的要求,DSP/MCU方案相比模擬控制芯片在物料成本上也要高出不少,在模擬電源已經可以滿足絕對大多數(shù)桌面PC使用需求的情況下,數(shù)字電源的性能優(yōu)勢只能算是錦上添花而非雪中送炭,反而是開發(fā)和成本上的高要求在一定程度上制約了數(shù)字電源在桌面PC平臺上的推廣與普及,只有在大型工作站、專業(yè)服務器等使用環(huán)境更為復雜,電氣性能要求更高,更需要電源快速、精準地作出反應的應用領域里,數(shù)字電源才能充分展現(xiàn)其價值。
雖然說當前模擬電源在PC DIY領域處于毫無爭議的主流地位,但是“數(shù)字電源”也不是這兩年才開始進入桌面PC領域的,例如海盜船AX1200i電源在2012年就已經上市,它就是典型的數(shù)字電源產品。因此數(shù)字電源早已進入PC DIY領域,只是一直以來因為各種各樣的原因,愿意跟進或者有能力跟進的廠商和品牌都相對較少,并未在市場上大規(guī)模推廣。
目前PC DIY領域的“數(shù)字電源”大體上可以分為三種,分別為數(shù)字監(jiān)控電源、混合數(shù)字架構電源和全數(shù)字架構電源。第一類的數(shù)字監(jiān)控電源只談字面意思的話,其涵蓋的范圍將非常廣泛,后兩種架構的多數(shù)產品也能歸入到數(shù)字監(jiān)控電源中,因此這里的數(shù)字監(jiān)控電源在定義上其實要狹窄一些,通常用于指代控制層面仍然采用模擬方案,但有額外添加通信/監(jiān)控芯片,可以向用戶展示自身工作狀態(tài)的電源產品。
帶有USB接口的并不見得是真正意義上的數(shù)字電源
這類電源通??梢酝ㄟ^配套的軟件查看自身的工作狀態(tài),例如各路輸出的電壓、電流、功率以及內部溫度、風扇轉速等參數(shù),部分產品還支持風扇轉速曲線以及燈光系統(tǒng)的個性化設置,有一定的可玩性,但通常也就止步于此,即不能微調電氣參數(shù),也不會對電源的控制邏輯產生影響,所謂的通信/監(jiān)控系統(tǒng)實際上只是整合在電源內部的第三方部件,本質上依然屬于模擬電源。

相較于連淺嘗輒止都算不上的數(shù)字監(jiān)控電源,混合數(shù)字架構電源才算是進入到數(shù)字化的范疇。其之所以被稱為“混合架構”,是因為這種電源同時包含了數(shù)字電源與模擬電源的特性,通常是在功率部分上采用模擬方案,而反饋與控制的部分則采用數(shù)字化DSP/MCU。相較于更改反饋/控制邏輯就必須更換元件的純模擬方案,混合數(shù)字架構是可以通過刷入新固件甚至只是更改固件設置就能完成相關優(yōu)化,同時相較前述的數(shù)字監(jiān)控電源,也具備進一步開放諸如輸出電壓Offset等進階功能的可能,能給到更高的產品可玩性。
數(shù)智DM-850G使用了Nation N32G430作為MCU芯片
對于廠商而言混合數(shù)字架構相較于全數(shù)字架構的優(yōu)勢在于開發(fā)難度,數(shù)模結合的做法在理論上使得任何模擬電源方案都具備改進為混合數(shù)字架構的可能,鑫谷在近期推出的數(shù)智DM-850G就屬于這樣的產品。在這款電源的拆解中你依然會看到CM6500UNX + CM6901X這種典型的模擬方案,但同時你也會看到它使用了Nation N32G430作為MCU,嵌入到電源的反饋環(huán)路中采集電源的運行狀態(tài)信息,進行處理后為CM6500UNX以及CM6901X提供更精準的電信號,以此提高電源控制的精準度以及輸出的穩(wěn)定性。
然而混合數(shù)字架構相比純模擬架構電源往往在輸出特性上不會展現(xiàn)出明顯的區(qū)別,在純模擬電源難以滿足需求的領域,混合數(shù)字架構也不見得可以輕松應對,這時候就需要全數(shù)字架構電源來發(fā)揮自己的價值了。顧名思義,全數(shù)字架構電源就是在控制部分與功率部分都采用了數(shù)字化設計,控制部分的數(shù)字DSP/MCU自然必不可少,功率部分也必須支持數(shù)字信號的直接驅動。而得益于數(shù)字信號的高頻特性,全數(shù)字架構電源往往具備更快的響應速度,在相同輸出規(guī)格下允許使用更小型的磁性元件,從而縮小自身的體積,又或者是在保證相同體積的情況下實現(xiàn)更高的輸出功率,同時直接數(shù)字型號直接驅動功率部分的做法也能有效降低能量損耗,使得電源在任何負載下都能維持較高的轉換效率。
同時全數(shù)字架構電源還能提供比數(shù)字監(jiān)控電源以混合數(shù)字架構電源更進一步的控制調節(jié)功能,得益于功率部分采用數(shù)字型號直接驅動,全數(shù)字架構電源完全可以做到輸出規(guī)格的實時設置,例如具體輸出線路的OPP保護或OCP保護數(shù)值,針對不同使用場景自定義工作模式等,當然這些功能是否向用戶開放還得看廠商的安排,而且對于家用級桌面PC的應用環(huán)境來說,全數(shù)字架構電源多少有些大材小用,加之其研發(fā)難度、物料成本等因素的影響,也就只有旗艦級產品才有使用全數(shù)字架構的價值。
昆侖九重KE-1300P電源
真正能讓全數(shù)字架構電源發(fā)光發(fā)熱的其實是大型工作站、企業(yè)級服務器領域,這些使用環(huán)境不僅要求電源有穩(wěn)定且精準的輸出,同時對于各個工況下的轉換效率都有較高的要求,模擬電源以及混合數(shù)字架構產品往往只能滿足部分需求,只有全數(shù)字架構電源有足夠的能力滿足這些需求。因此目前用于家用級桌面PC的全數(shù)字架構電源,其實都可以算是企業(yè)級數(shù)字架構電源產品的技術下放。
如鑫谷昆侖九重KE系列的首發(fā)產品KE-1300P就是企業(yè)級數(shù)字架構技術下放的產品,其通過德州儀器F28034PNT搭配MicroChip 1115的DSP+MCU組合,通過數(shù)字信號對電源的PFC以及LLC諧振電路進行直接控制,可以為電源提供微秒級的高精度輸出電壓控制以及動態(tài)調控性能,實現(xiàn)1300W額定功率的同時整體尺寸也可以控制在標準ATX規(guī)格上,除了價格不占優(yōu)勢以及軟件功能略顯保守外,整體表現(xiàn)毋庸置疑。
德州儀器F28034PNT搭配MicroChip 1115為電源提供數(shù)字控制信號
講到這里可能有玩家會問,我們該選擇怎樣的數(shù)字電源?實際上這個問題確實不好回答,畢竟在桌面PC的范疇,即便是旗艦級平臺,模擬電源也有足夠的能力來滿足用戶的使用需求,混合數(shù)字架構甚至是全數(shù)字架構產品在桌面PC平臺并不會有顯著的性能優(yōu)勢,玩家更多地是為數(shù)字電源的可玩性買單而不是其性能表現(xiàn),縱然絕大多數(shù)的數(shù)字電源確實有更好的性能,但這種性能優(yōu)勢只是“錦上添花”而非“雪中送炭”。
499元的鑫谷數(shù)智DM-850G電源很適合主流級市場
同時數(shù)字電源的研發(fā)難度與物料成本也代表著其產品售價幾乎不可能比低于同功率的模擬方案產品,不過得益于混合數(shù)字架構的靈活性,讓主流價位的產品實現(xiàn)部分數(shù)字化倒也不是什么難事,但是想要全數(shù)字架構產品也實現(xiàn)全面推廣,目前來說并不現(xiàn)實也沒有這個必要。至于大型工作站、企業(yè)級服務器等領域,全數(shù)字架構電源的優(yōu)勢早已得到充分體現(xiàn),目前也就只有這樣的使用環(huán)境是真正需要數(shù)字電源的。
因此對于PC DIY來說,我們倒是不必要過于迷信數(shù)字電源,模擬電源在桌面PC上仍然相當能打,但如果不需要額外的預算就能體驗數(shù)字電源,那試著選擇一下數(shù)字電源又有何不可呢?