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计算机电源知识(图) 四
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  开关电源

  目前的PC电源都属于开关电源。开关电源通俗地来说就是电脑上的“变压器”,将交流电转变成既定的直流电源来供给电脑各部件使用,它采用的是开关管电源。开关电源与线性电源不一样。线性电源体积大,功耗比较大,而开关电源能满足PC对电源“功率大、体积小、功耗小”的要求。开关电源的工作方式是先把220V的交流变为直流,然后通过变换器把直流变成交流,最后又把交流变成直流输出。

  AT电源

  AT电源功率一般为150W~250W,共有四路输出(5V、12V),另向主板提供一个P.G(Power Good)信号。输出线为两个6芯插头和几个4芯的插头,两个6芯插座给主板供电。AT电源采用切断的方式关机,也就是“硬关机”。现在AT电源已经退出了市场。



  ATX电源

  ATX规范是1995年Intel公司制定的新的主机板结构标准,是英文(AT Extend)的缩写,可以翻译为AT扩展标准,而ATX电源就是根据这一规格设计的电源。

  ATX电源与AT电源外形尺寸上并没有多大变化,但ATX电源取消了传统的市电开关,依靠+5VSB、PS-ON控制信号的组合来实现电源的开启和关闭。经过多年的发展,ATX电源目前市场上还存有五个版本:ATX2.0版本、ATX2.01版本、ATX2.02版本、ATX2.03版本和ATX12V版本。其中最新的ATX12V 2.0属于ATX12V的升级版本,它在+12V增加了一路单独的输出,即采用了双路输出,其中一路+12V(称为+12V1)专门为CPU供电,而另一路+12V2则为其它设备供电,以满足PCI Express X16和DDR2内存的需要。由于采用双路12V输出,因此主电源接口也从原来的20Pin改为24Pin输出。



  BTX电源

  BTX电源是也就遵从BTX标准设计的PC电源,不过BTX电源兼容了ATX技术,其工作原理与内部结构基本相同,输出标准与目前的ATX12V 2.0规范一样,也是像ATX12V 2.0规范一样采用24pin接头。

  BTX电源主要是在原ATX规范的基础之上衍生出ATX 12V、CFX 12V、LFX 12V几种电源规格。其中ATX 12V是既有规格,之所以这样是因为ATX12V 2.0版电源可以直接用于标准BTX机箱。CFX12V适用于系统总容量在10~15升的机箱;这种电源与以前的电源虽然在技术上没有变化,但为了适应尺寸的要求,采用了不规则的外型。目前定义了220W、240W、275W三种规格,其中275W的电源采用相互独立的双路+12V输出。而LFX12V则适用于系统容量6~9升的机箱,目前有180W和200W两种规格。



  额定功率

  电源的额定功率是指环境温度为-5度到50度,电压范围180V~264V时,电源长时间稳定输出的功率。厂家在测试电源的功率时,一般在50度左右的环境下进行。电源的额定功率标定的具体方法一般是这样的:在不超过该路输出的最大电流的前提下,逐渐减小其负载电阻,同时测量其负载压降和纹波系数,当其负载压降和纹波系数超出允许的范围时,记录此时的电流值作为最大工作电流。记录各路输出的最大工作电流,然后与Intel制定的功率标准进行对比,从而确定电源的额定输出功率。额定功率是电源功率中最重要的一项标准。通常情况下,电源的功率一般指的是电源的额定输出功率。在电源的铭牌上,标注的功率也是额定功率。

  最大功率(输出功率)

  指环境温度为常温(25度左右),电压范围200V~264V时,电源稳定工作时能够输出的最大功率。一款电源的额定功率比实际工作输出可能要高出一些,因为额定功率的标定与实际使用的环境是有一定区别的。



  峰值功率

  指电源短时间内能达到的最大功率,通常仅能维持30秒左右的时间。一般情况下电源峰值功率可以超过最大输出功率50%左右,由于硬盘在启动状态下所需要的能量远远大于其正常工作时的数值,因此系统经常利用这一缓冲为硬盘提供启动所需的电流,启动到全速后就会恢复到正常水平。峰值功率其实没有什么实际意义的,因为电源一般不能在峰值输出时稳定工作。

  空载待机功耗

  空载待机功耗便是电源在接通220V的普通市电之后,不连接任何的耗电设备(包括主板等计算机配件),电源内部的元器件、线路等均存在的不同程度的热损耗等。一般空载待机功耗的数值较小,电源规范中最为严格的要求空载待机功耗的最大值不得大于2W。

  真实待机功耗

  真实待机功耗指的是电源连接上220V市电并且连接好一切用电设备(板卡、存储设备)但并不启动,此时整体功率损耗主要来自电源自身的空载损耗以及主板的待机功耗。在这种状态下做工用料较好的电源真实的功耗一般会在5W~10W左右。

  电源转换效率

  转换效率就是电源的输入功率与输出功率的比值:即电源转换效率=电源为主机提供的即时输出功率/输入电源的即时功率×100%。一般来说,PC电源规范对转换效率有着一定的要求。最初电源转换效率仅有60%左右,在Intel的ATX12V 1.3电源规范中,规定电源的转换效率满载时不得小于68%,而在ATX 12V 2.01中,对电源的转换效率提出了更高的要求──不得小于80%。因此在购买电源时,从它遵循的电源规范上大家就能大致了解其电源转换效率的高低。

  3C认证

  “3C”即“CCC”,全称为“中国国家强制性产品认证”,它包括原来的产品安全认证(CCEE)、进口安全质量许可制度(CCIB)和电磁兼容认证(EMC),三者分别从用电的安全、稳定、电磁兼容及电波干扰方面做出了全面的规定标准,整体认证法与国际接轨。它将取代了原来的CCEE认证成为新一代认证标准,2003年5月1后生产的电源产品都必须通过3C认证才能上市。



  CCC认证电源在电源标贴上都应该有CCC认证标志,细心的朋友可能会发现通过3C认证的电源的3C标志上不仅仅是“CCC”图案,其右边还有类如“S&E、或S”等此类的标识。事实上,这便代表了3C认证的种类,目前我国规定了四种3C认证,它们分别是:安全与电磁兼容标志,后缀标识是“S&E”;一种是安全认证标志,后缀标识为“S”;一种是电磁兼容标志,后缀标识为“EMC”;第四种是消防认证标志,后缀标识为“F”。需要特别指出的是,即便电源通过了3C认证也是不完全的,只有同时获取安全及电磁兼容认证的产品,才会被授予CCC(S&E)标志,这才是真正意义上的3C认证!

  PFC

  PFC的英文全称为“Power Factor Correction”,意思是“功率因数”,指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系,也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度,当功率因素值越大,代表其电力利用率越高。计算机开关电源是一种电容输入型电路,其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失,此时便需要PFC电路提高功率因数。目前的PFC有两种,一种为被动式PFC(也称无源PFC)和主动式PFC(也称有源式PFC)。

  被动式PFC

  被动式PFC一般采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数,被动式PFC包括静音式被动PFC和非静音式被动PFC。被动式PFC的功率因数只能达到0.7~0.8,它一般在高压滤波电容附近。



  主动式PFC

  而主动式PFC则由电感电容及电子元器件组成,体积小、通过专用IC去调整电流的波形,对电流电压间的相位差进行补偿。主动式PFC可以达到较高的功率因数──通常可达98%以上,但成本也相对较高。此外,主动式PFC还可用作辅助电源,因此在使用主动式PFC电路中,往往不需要待机变压器,而且主动式PFC输出直流电压的纹波很小,这种电源不必采用很大容量的滤波电容。



  高频变压器

  高频变压器是作为开关电源最主要的组成部分。开关电源一般采用半桥式功率转换电路,工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz的高频脉冲波,然后通过高频变压器进行降压,输出低电压的交流电,高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少。典型的半桥式变压电路中最为显眼的是三只高频变压器:主变压器、驱动变压器和辅助变压器(待机变压器),每种变压器在国家规定中都有各自的衡量标准,比如主变压器,只要是200W以上的电源,其磁芯直径(高度)就不得小于35mm。而辅助变压器,在电源功率不超过300W时其磁芯直径达到16mm就够了。



  磁放大器

  磁放大器和其他磁性元件一样,在它的线圈里总是装有磁芯,它的核心是一个由非晶合金制成,具有矩形磁滞回线的环形磁芯,它不能提升电源功率,但可改善电源输出电压的稳定性。根据磁芯在生产过程中所使用的金属材料不同,可分为铁基非晶和钴基非晶,铁基非晶的特性较钴基非晶要差,但成本低,所以国内电源上普通都是使用铁基非晶。在大多数情况下只有一组线圈是用来控制电流的,磁放大器铁芯具有低磁性损耗,铁芯易饱和的特性。其工作原理可以描述成类似高速开关的晶体管,只要扼流线圈一受磁开关就断开,电流就不能输出,一旦磁芯材料达到饱和开关就接通,电流即开始输出。



  EMI滤波电路

  EMI滤波电路是一个计算机电源主要组成部分之一,它的作用主要是为了滤除外界的突发脉冲和高频干扰,同时将其自身产生的电磁辐射削减到最低。PC电源的EMI部分主要由滤除共模干扰的电容、滤除差模干扰的电容、扼流线圈等组成。较好的电源其EMI部分通常采用两部分,一部分在公座上加了一块CE小板,另一部分则做在PCB板上。目前PC电源的EMI是3C认证中的一个重要检测项目,优质电源会采用完整的二级滤波电路。劣质电源最有可能在这部分偷工减料,最常见的做法是省掉一级滤波电路或干脆不采用EMI滤波部分,或者滤除差模干扰的电容采用非安规材料。



  压敏电阻

  压敏电阻也是每个电源必不可少的元件,散布在PCB上,其作用是对电源提供保护。其耐压值为270V,当市电电压超过270V时,压敏电阻就会被击穿,从而保护电源其它电路以及电脑配件的安全。所以它的原理基本和家用保险丝类似,使用自我熔断方式切断电流。



  高压滤波电容

  高压滤波电容的作用是滤除直流电中的杂波。高压滤波电容在电源中的作用非常重要,因此大家一定要重视。一般比较有经验的用户,常通过滤波电容容量的大小来直接推测电源的规格。需要注意的是,我们很难直接从尺寸去判断,只能从上面标示的规格来辨别。



  一般来说,145W使用220μF的电容、200W使用330μF的电容、250W至少要用470μF的电容,300W不得少于680μF,350W或400W要用到1000μF以上,450W就必须要用1200μF的容量才能够达到电源的基本需求。不过有些不法商家为了降低成本而使用较小的电容,甚至用“贴牌”的方式为电容“穿”上一层塑料膜,标上假的规格来欺骗消费者,这一点提醒用户特别注意。

  低压滤波输出电路

  通过开关变压器的高压直流电被降压为硬件可用的低压直流电,但这些直流电中还夹杂了一些杂波。为了确保电流的纯净,用电的安全,这时电源还为这些低压直流电准备了最后一道工序——低压滤波电路。一般低压滤波电路主要由两个大的扼流线圈和多个低压高容量的滤波电容组成。



  温度控制

  由于电脑所耗用的功率是时时刻刻在改变的,所以电源产生的热量也不会固定,有些厂商就强调有“温控”装置,可以随温度的高低去改变风扇的转速,使电源内部保持“恒温”,对稳定性有所帮助,也可以降低风扇噪音和增加风扇寿命,增加产品卖点。



  保险丝

  保险丝担负着电流把关的工作,电流量一旦超过保险丝的承受范围,保险丝就会先行烧毁造成断路,避免其它元器件受到伤害。对于优质电源来说,保险丝都使用可以更换的设计,但现在大部分的电源都是把它直接焊接在PCB上,在这种情形下,保险丝一旦烧毁,需要使用电烙铁焊接一颗新的保险丝。


文章作者:未知  更新日期:2006-09-26
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