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探寻PS4的设计思路:如何实现电源转换效率超过90%?

导读: PS4的特点之一是,内置了把插座供给的AC电力转换成DC的电源。任天堂的台式游戏机“Wii U”和美国微软的“Xbox One”就没有内置,而是利用外置AC适配器。

  电源:转换效率达到90%多

  PS4的特点之一是,内置了把插座供给的AC电力转换成DC的电源。任天堂的台式游戏机“Wii U”和美国微软的“Xbox One”就没有内置,而是利用外置AC适配器。

  PS3也内置了AC电源,不过PS4提高了其转换效率。PS3的转换效率为80%多,而PS4达到了90%多。“通过采用低损耗器件等提高了效率”(SCE第一事业部 设计部部长赤泽亨)。PS4的耗电量最大为250W,“在250W级的AC电源中属于高效率”(某电源技术人员)。

  设定为250W是“为了机身的小型化”(SCE的赤泽)。超过250W的话,电源连接器的端子数就要变成3根,会导致电源尺寸变大。因此设定为250W,把连接器控制为2端子。

  PS4的AC电源模块似乎配备的是双系统。主板为12V系统,其他为4.7V系统。均具备DC-DC转换器电路,前段配置了PFC(Power Factor Correction)电路。12V系统的DC-DC转换器为绝缘型,估计是适合高效率化的同步整流式LLC共振型。“PFC的效率为95%,DC-DC转换器电路应该在96~97%左右”(上述电源技术人员)。这两个电路相乘,超过了90%。

  实现90%多的转换效率

  PS4比PS3提高了电源模块的转换效率。虽然还取决于运行情况,不过PS3的转换效率为80%多,而PS4达到了90%多。电源模块好像主要由PFC电路和DC-DC转换器电路构成。

  支持快速的负荷变动

  向CPU和GPU供电的主板电源电路可以说是游戏机特有的,可以看出针对负荷变动的周密对策。玩视频游戏时,根据场面的不同,CPU和GPU的负荷会快速变动。例如,在游戏内的角色静止时与高分辨率的多个角色激烈动作时,CPU和GPU的电流会激烈变动。

  采用“3段构造”应对负荷变动

  主板上的CPU/GPU用电源电路为抑制负荷快速变动时产生的电压变动,安装了铝电解电容器、积层陶瓷电容器和旁路电容器三种电容器。

  而且,由于向CPU和GPU供给的电流较大,电流的变动幅度也很大。CPU配备双相电源电路,GPU配备4相电源电路。从电源电路采用的电源IC和电感器等来看,估计CPU用电源电路具备最大40~50A的载流量,而GPU用电源电路具备最大100~140A左右的载流量。

  为抑制激烈的负荷变动产生的纹波,CPU和GPU用电源电路的输入侧采用安装了铝电解电容器、积层陶瓷电容器和旁路电容器的“3段构造”。上述电源技术人员评价称,这是“非常精心的设计”。

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