电脑电源
计算机属于弱电产品,也就是说部件的工作电压比较低,一般在正负12伏以内,并且是直流电。而普通的市电为220伏(有些国家为110伏)交流电,不能直接在计算机部件上使用。因此计算机和很多家电一样需要一个电源部分,负责将普通市电转换为计算机可以使用的电压,一般安装在计算机内部。
计算机的核心部件工作电压非常低,并且由于计算机工作频率非常高,因此对电源的要求比较高。目前计算机的电源为开关电路,将普通交流电转为直流电,再通过斩波控制电压,将不同的电压分别输出给主板、硬盘、光驱等计算机部件。计算机电源的工作原理属于模拟电路,负载对电源输出质量有很大影响,因此计算机最重要的一个指标就是功率,这就是我们常说的足够功率的电源才能提供纯净的电压。
1.AT——ATX
1995年,Intel制定了新的主机板结构标准:ATX规范。至今为止,市场中电源都符合ATX标准。ATX是英文(AT Extend)的缩写,可以翻译为AT扩展。与AT电源相比,ATX电源外形尺寸并没有多大变化,主要是增加了+3.3V和+5V Standby两路输出和一个PS-ON信号,输出线改成一个20芯线给主板供电。
2.ATX1.01---ATX2.0---ATX2.01---ATX2.02---ATX2.03---ATX12V(也称ATX2.04)
ATX1.01版本,这是最早版本,其与ATX2.0版本没有多大的区别,主要是在风扇散热方式之上:1.01版本的是采用吹风方式散热,而后来版本是采用抽风散热。
ATX2.01版本与ATX2.0版本的区别是+5V Standby输出电流从10mA改为720mA,这主要是针对网络唤醒功能的。ATX2.02版本与ATX2.01版本相比增加了一个六芯的辅助插头, 此外将-5V和-12V的输出电压偏差由+/-5%改为+/-10%。ATX2.03版本与ATX2.02版本从实质上并没有多大的区别,主要是将 ATXATX2.02版本中的“Micro ATX”改为“Mini-ATX”,以区别于Intel提出的另一个标准Micro ATX。
至于ATX 12V版本就是我们常说的P4电源的电源标准,ATX 12V与ATX 2.03的区别是:加强了+12VDC端的电流输出能力,并对+12V的电流输出、涌浪电流峰值、滤波电容的容量、保护等做出了新的规定;新增加了P4电源连接线;加强了+5VSB的电流输出能力。此外,自带串口ATA电源接头的下一代电源标准也初现端倪,它拥有不同接头,可同时支持12伏、5伏及3.3伏三种电压。
3.ATX 12V1.0---ATX 12V1.1---ATX 12V1.2---ATX 12V1.3---ATX 12V2.0
从ATX 12V1.0到ATX 12V1.1,没有大变化,只是提高了+3.3V电流输出能力。
从ATX 12V1.1到ATX 12V1.2,取消-5V。随着ISA 插槽的淘汰,-5V电压已经早就用不上,因此ATX12V1.3正式取消了这个-5V电压的供给。
从ATX 12V1.2到ATX 12V1.3,增加SATA支持,加强+12V。
从ATX 12V1.3到ATX 12V2.0,由单路12V输出改为双路12V输出。一路专门为CPU供电。主板供电接口由20针增加到24针。多出的四针,2针是12V输出,2针地线。
4.ATX 12V2.0---ATX 12V2.2
其实ATX12V 2.2规范依然沿用了2.0规范中的双路12V输出设计,只是在2.0规范的基础上进行了修改及强化。其中最突出的有以下几点。
1):将最大输出标准提升至450W,并给出负载交叉图。
2):加强了3.3V与5V的输出能力,削弱了+12V的持续供电能力,增强了+12V的峰值电流,以适应双核处理器在启动时,大峰值电流的要求。
3):对2.2版电源的转换效率提出了更高要求。
ATX 12V1.3 OR ATX 12V2.0两者优缺点:
单路12V产品优点:
1、零售价格便宜
2、可以满足目前主流用户需要
单路12V产品缺点:
1、单路12V输出在进行拉偏工作时输出会受到很大影响
2、当使用高功耗配件时功率不足问题会很明显
3、由于长时间处于高负荷或满负荷工作状态下,电源发热量、转换效率表现都不会理想,电源不见寿命也会大幅缩短。
双路12V产品优点:
1、两路独立12V输出,无论何种情况各路电源相互影响很小
2、即使面对大功耗配件也不会出现供电不足现象
3、由于大多时间电源工作在轻载(相对而言)状态下,所以无论对于发热量控制还是整体转换效率都会有大帮助。电源寿命因此也会大大延长。
双路12V产品缺点:
1、零售价格普遍较贵,不适合普通大众。
2、机箱标配电源很少会有双路12V产品。
省电与否,
1,和电源的转换效率有关。效率越高越省电。ATX规范越新,电源转换效率越高。ATX12V2.2>12V2.0>12V1.3。
2,电源内部的用料和做工也影响到电源的转换效率。
3,主动PFC电路是给电厂节省了电能,而并没有真正给用户节省。
ATX12V2.2>12V2.0>12V1.3-----------
转换效率就是输出功率除以输入功率的百分比,它是电源一项非常重要的指标。由于电源在工作时有部分电量转换成热量损耗掉了,因此电源必须尽量减少热 量也即电量的损耗。旧版1.3的电源要求满载下最小转换效率为70%。2.0版更是将推荐转换效率提高到80%。下面我们来看一份有趣的数据:
| 项目 | 电源1 | 电源2 |
| 消耗功率① | 200W | 200W |
| 转换效率② | 70% | 82% |
| 输入功率③=②/① | 285.7W | 243.9W |
| 无效损耗④=③-① | 85.7W | 43.9W |
| 100台一年浪费(每天开机8小时)⑤=④*8*365*100/1000 | 25024.4度 | 12818.8度 |
| 100台PC一年节约电量 12205.6度 |
从上面的数据我们可以清楚看到,两个同样消耗功率为200W的电源,由于转换效率差异,工作时所损耗的功率也不同, 转换效率越高,则损耗的功率(电量)就越少,假设100台转换效率为82%的电源,每天运作8小时,那么一年下来要比转换效率仅有70%的另一款产品节省 多达10000多度电,这是非常可观的数字,在全球能源紧缺的情况下,节省能源越来越受到全人类的重视,所以不断提高电源的转换效率将是日后的发展趋势。
最新的ATX 12V 2.2规范中Intel进一步提高了电源的转换效率。
对于一款电源来讲虽然PFC电路对其转换效率有着直接的影响,但电源内部的整体设计将会更多的影响转换效率。转换效率与PFC电路并没有直接关系,电源内部设计的合理性与用料的档次才决定了转换效率的高低。
PFC作为决定电源转换效率的重要因素,其主要分为主动PFC与被动PFC。前者带来的是更高的功率因数但成本也会有很大的增加,后者虽然价格低廉但功率因数也会有所下降。
主动PFC电路本身损耗的电能比起被动PFC电路更高,从而直接降低了电源的转换效率,因为有更多的电能并没有被实际负载利用上。PFC电路所调节的功率因数,是给电厂节省了电能,而并没有真正给用户节省。
目前,相对而言,比较好的选择是大风车式,和世纪之星专有的350W以下的直吹式。这两种也有不足,大风车式容易在电源内部留下散热死角;世纪之星直吹式只是在古老的后吸前排式基础上去掉了一个风扇,把噪声减小了一些,但由于只能使用8CM扇,转速无法降低,噪声还是大于大风车式。
比较著名的全汉绿宝,就属于大风车式散热设计。
所有风冷散热,同转速下大扇叶的风量大于小扇叶,散热更 好。而噪声和转速有关,为了减轻噪声,就要降转速,同时还要保证散热效果,就得选取大扇叶。磐石400为什么噪声大,就是因为8CM扇叶太小,为了散热不 得不加大转速。冷静王至尊为什么噪声小,因为用的14CM扇,不需要很高转速就能达到散热要求。
电源的主要散热形式:
基于散热效果和成本因素,一般市售电源产品都采用风冷散热设计,其中前排式和大风车散热形式最为常见。前排式设计具有技术成熟、预留给电源内部其他元件空间较大,运用广泛等优势。但缺点是风扇设计靠外,产生噪音较大、对于机箱内部散热帮助较小;大风车散热主要采用了12CM的大风扇,优点是噪音低、能够帮助机箱整体散热,但一般风扇转速低,容易形成散热死角或将热量堆积到电路板底部;下吸前排式设计主要集合了上两种散热形式,它的散热性能好、有利于机箱整体散热,但缺点是噪音较大、电源内部设计复杂;后吸前排式设计使用两个平行对流的风扇,具有电源内部散热性能良好,方便电源在功率上的提高等优势,但缺点是工作噪音较大,电源体积较其它散热结构电源要大一些;最后直吹式形式在是世纪之星电源产品的专利设计,它对于电源内部散热性能良好,工作噪音较低,且成本较低,但是在350W以上的高端电源上散热效果欠佳。
风冷散热设计,必然会产生一定噪音,PC电源的主要噪音来源于电源的散热风,要想散热效果越佳,噪音就会越大,但是静音环境也 是很多用户所重视的地方,所以为了使散热效能和静音之间得到平衡,一般较好的电源都带有智能温控电路,主要是通过热敏电阻实现的,当电源开始工作时,风扇 供电电压为7V,当电源内温度升高,热敏电阻阻值减小,电压逐渐增加,风扇转速也提高。这样就可以保持机壳内温度保持一个较低的水平。在负载很轻的情况 下,能够实现静音效果。负载很大时,能保证良好的散热。
电源散热(一) - 从传统排风式到现在流行大风车散热
什么是电源的散热方式?说到这里我们也需要了解一下电源的散热发展。当微型电脑最初期发展时,作为电脑的动力之源,电源的设计非常重要,当时也只是由IBM此类的大公司所垄断,因为电源的设计成本非常高,没有技术和资金的支持,一般的厂商很少能迈入这个门槛。为了电脑更普及更便宜,Intel开始制订一种电源的标准和生产的规范(也就类似于今天的公版),只要按这种要求生产出来就可以了,而不需要再承担研发上的费用。首先我们来看一下单风扇结构的两种散热方式。
Intel的传统的电源散热标准提出的就是这种散热方式,它主要是由一个8cm规格风扇将机箱和电源内部的热量带到机箱外。在P4问世之前,由于电脑整体的发热量比较小,这种散热方式没有出现机箱内部和电源内部发热量大而引起的散热矛盾。而P4问世以后,随着硬件功率的整体提高,电脑整机的散热和电源的散热都逐渐矛盾锐化,单纯依赖传统的排风式电源散热已经无法保证系统的散热平衡,除了在机箱尾部加上排风风扇以外,人们开始考虑使用更新的技术来解决这种散热矛盾。
一部分厂商试图提高风扇的转速,从而加大电源的散热效果,但由此而带来的噪音和风扇寿命问题却让这种散热方式举步为艰,人们很需要一种能彻底解决噪音和散热平衡的散热方式,Intel此时开始提出大风车散热技术。
简单来讲:一个计算机电源主要由如下7部分组成。
1、电磁滤波器(EMI电路部分)。Electromagnetic Interference电磁干扰
一个电源通常包含不止一个电磁滤波器,第一个位于市电接入电源的位置,我们可以在一个电源的220V市电接口背后发现它。其电路主要作用是滤除外界的突发脉冲和高频干扰,另一方面也会减少开关电源本身对外界的电磁干扰。它的结构虽然简单,大都由X电容、Y电容和变压器型电感组成,但却是电源中的重要设备,如果在这上面偷工减料的话,电源的屏蔽性能将大打折扣。如果我们拿优质名牌电源和普通杂牌电源比较的话,你会发现大部分杂牌电源都缺少EMI电路,电源直接从市电引入PCB。而这一点也就成为区分电源质量优秀与否的核心之一了。
此外,很多品牌优质电源为保证输入到整流电路中的电流的纯净,还都设计了第二道滤波电路。此滤波电路同样也是由X电容、Y电容和变压器型电感组成,位置位于PCB上,靠近第一道EMI电路附近。
2、电源的保护器--压敏电阻:
压敏电阻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。它的原理基本和我们家里的保险丝类似,使用自我熔断方式切断电流。
3、整流滤波电路。
稍微学过一点电子电路的人都知道:交流转直流必须经过一个整流滤波电路。最常见的就是由四个二极管和两个滤波电容组成的桥式滤波电路。计算机电源通常都采用这种方式整流。根据封装模式不同,计算机电源中常见的整流滤波电路常见的有两种:一种是独立四个二极管组成,另外一种将四个二极管封装在一起,称为“全桥”。无论全桥还是独立二极管,所能承受的最低耐压和最大电流都是有限制的:耐压应不低于700V,最大电流应不小于1A。
4、开关变压器和开关三极管:
变压器我们最熟悉了,对,就是小时侯我们拆的那种用漆包线缠绕起来的大铁疙瘩。高中物理中也已经学习过它的原理。在电源中,变压器当然是将高压转换为低压,供PC使用。高中物理学告诉我们:根据电磁学原理,变压器的转换比率主要由其线圈的匝数决定,因此个头越大的开关型变压器往往可以传递更多的能量,也是分辨优质或低劣电源的观察点之一,一定程度上,变压器的个头直接影响电源的真正输出功率和品质。
开关三极管是电源的中心枢纽,它主要负责将转换后的高压直流输送到开关变压器上进行降压,其耐压程度不得小于800V,输出电流通常不能小于5A。开关三极管属于核心易损部件,又是电源的核心部分,所以开关三极管的质量和电源本身的品质也是息息相关的。
5、保护电路。
电源内部的保护电路监视着电源的一举一动,是电源的大脑。它负责启动电源并进行电压/电流的监控和调整,同时在出现短路、断路、过压、过流、欠压、欠流等情况的时候进行自动保护。劣质电源通常会简化这部分电路甚至根本不设置保护电路,二这一切都会给PC系统带来诸多隐患。
根据保护电路的位置和监控的类型不同,电源内部的保护电路又分为输入端过压保护、输入端过流保护、输出端过压保护和输出端过流保护四个类型,这也是大部分优质品牌电源宣传的“四重保护电路”的由来。顾名思义,过压/过流保护电路也就是监视的输入/输出电压/电流出现异常时自动生效,从而达到保护作用。
此外优质电源通常还设置有输出端短路保护。这是个非常实用的功能。
6、PFC电路部分。
在最近国家强制实施的3C认证中,要求电源内部必须增加一个功率因素校正电路,以减少开关电源对外部电网的干扰,这就是现在电源内部的PFC电路。所以最新通过国家CCC认证的电源内部都会出现一个新的部件,PFC电路。通过本次对数十款电源的拆卸,可以发现常见PFC电路其实就是一个无源电感,其成本大约在5-6元人民币左右,个头比开关变压器还要大,样子很像开关变压器,同样用黄色胶带封装。还有一些追求空间的紧凑型产品或者追求性能表现的电源产品会使用成本在20-30元的有源PFC元器件,个头小但是功率因数可以接近于一,效果十分优秀。
7、散热部分和其他电路。
电脑电源的转换效率通常在70-80%之间,这就意味着20-30%的 能量将转化为热量。这些热量积聚在电源中不能及时散发,会使电源局部温度过高,从而对电源造成伤害。因此任何电源内部都包含有散热装置,由此得来的风扇排 风量和噪音指数也是电源的两个重要指标。电源散热主要通过散热片和功率管配合进行,我们从缝隙中望进去,都能看到电源内部有巨大的散热片,上面的大功率管 的性能和极限参数直接影响到电源的安全承载功率和产品成本,也与电源的余量大小密切相关。所以说观察散热片和上面的功率管也是判断一个电源好与坏的方法。
适用类型是指该电源所适用的电脑类型,例如台式机,服务器/工作站等等。不同类型的电脑对电源的需求是不同的,例如服务器/工作站,因为设备较多而且高能耗设备多,而且要求工作稳定,所以耗电较台式机大些。
安装方式是指该电源相对与机箱的安装方式,一般分为内置和外置。其中,内置方式最常见。
额定功率是电源厂家按照INTEL公司制定的标准标出的功率,可以表征电源工作的平均输出,单位是瓦特,简称瓦(W)。额定功率越大,电源所能负载的设备也就越多。
电源的功率有多种表示方法,除了额定功率和峰值功率之外,还有输出功率的说法。输出功率是指在一定条件下电源长时间稳定输出的功率。电源实际工作时,输出功率并不一定等同于额定功率,按照INTEL公司的标准,输出功率会比额定功率大一些,例如10%左右。需要说明的是,在多种功率的标称方式中,额定功率是按照INTEL公司标准制订的,是电源功率最可靠的标准,选购电源时建议以额定功率作为参考和对比的标准。遗憾的是目前有些电源厂商标称并不规范,出现虚标数值的现象。
目前台式机电源需要的额定功率一般为200-400W,具体需求主要看计算机CPU、显卡、硬盘等配件的需求,最常见的需求是250-350W。额定功率越大的电源越好,当然价格也越贵,选购电源时可以考虑未来升级硬件的可能性,并留一定的富裕量。但是由于额定功率已经是相当严格的标称方式,因此太多的富裕量也没有用处,不必一味追求过高的额定功率。
峰值功率是指电源在单位时间内,电路元件上能量的最大变化量,是具有大小及正负的物理量。在这里特指 峰值输出功率。 峰值功率越大,电源所能负载的设备也就越多。
ATX规范是1995年Intel公司制定的主板及电源结构标准,ATX是英文(AT Extend)的缩写。ATX电源规范经历了ATX 1.1、ATX 2.0、ATX 2.01、ATX 2.02、ATX 2.03和ATX 12V系列等阶段。
从P4开始,电源规范开始使用ATX 12V 1.0版本,它与ATX 2.03的主要差别是改用+12V电压为CPU供电,而不再使用之前的+5V电压。这样加强了+12V输出电压,将获得比+5V电压大许多的高负载性,以此解决P4处理器的高功耗问题。其中最显眼的变化是首次为CPU增加了单独的4Pin电源接口,利用+12V的输出电压单独向P4处理器供电。此外,ATX 12V 1.0规范还对涌浪电流峰值、滤波电容的容量、保护电路等做出了相应规定,确保了电源的稳定性。Intel在2003年4月,发布了新的ATX 12V 1.3规范。新规范除再次加强电源的+12V输出能力外,为保证输出线路的安全,避免损耗,特意制定了单路+12V输出不得大于240VA的限制。而考虑到环保节能的需要,ATX 12V 1.3规范中还规定了电源的满载转换效率必须达到68%以上,这就要求电源厂商必须通过加装PFC电路来实现。同时新规范还为当时崭露头角的SATA硬盘提供了专门的供电接口。
2005年,随着PCI-Express的出现,带动显卡对供电的需求,因此Intel推出了电源ATX 12V 2.0规范。这一次,Intel选择增加第二路+12V输出的方式,来解决大功耗设备的电源供应问题。电源将采用双路+12V输出,其中一路+12V仍然为CPU提供专门的供电输出。而另一路+12V输出则为主板和PCI-E显卡供电,以满足高性能PCI-E显卡的需求。由于采用了双路+12V输出,连接主板的主电源接口也从原来的20针增加到24针,分别由12×2的主电源和2×2的CPU专用电源接口组成。虽然接口连接在了一起,但两路+12V电源在布线上是完全分开,独立输出的。这样高版本的电源可以将主电源24针分成20+4两个部分,兼容使用20针主电源接口的旧主板。除此之外,ATX 12V 2.0规范还将电源满载转换效率的标准提升至80%以上,进一步达到环保节能的要求,并再次加强了+12V的电流输出能力。在制订了ATX 12V 2.0规范后,Intel又在其基础上进行了ATX 12V 2.01、ATX 12V 2.03等多个版本的小修改,主要提高了+5VSB的电流输出要求。2006年5月起,Intel又推出了ATX 12V 2.2规范,相比之下,新版本并没有太大变化,主要是进一步提高了最大供电功率。
选购电源的时候应该尽量选择更高规范版本的电源。首先高规范版本的电源完全可以向下兼容。其次新规范的12V、5V、3.3V等输出的功率分配通常更适合当前计算机配件的功率需求,例如ATX 12V 2.0规范在即使总功率相同的情况下,将更多的功率分配给12V输出,减少了3.3V和5V的功率输出,更适合最新的计算机配件的需求。此外高规范版本的电源直接提供了主板、显卡、硬盘等硬件所需的电源接口,而无需额外的转接。当然,也有例外的时候,比如一套旧的系统,并且恰巧对3.3V和5V的功率要求非常高,那么也许需要购买旧规范的电源。
电源的主要输出接口是指电源给主板、显卡、硬盘、光驱、软驱等设备提供了哪些供电接口。首先是主板上的主供电接口,以前主板的主供电接口是20针的,而从ATX 12V 2.0规范开始,很多主板开始使用24针的主供电接口,显然购买带有24针主供电接口的电源更合适。当然,为了解决向下兼容的问题,大部分2.0电源主供电接口都采用“分离式”设计或附送一条24Pin→20Pin的转换接头,这样设计非常体贴。
此外现在很多计算机使用了SATA硬盘,但是旧的硬盘和多数光驱还是传统的“D”型供电接口,所以选购同时带有多个SATA设备供电接口和“D”型供电接口的电源就不用再添加转接头了。
很多主板除了主供电接口外,还可能需要4针,甚至8针的独立供电接口,通常用于给CPU辅助供电。并且有些耗电量巨大的PCI-Express显卡也可能需要一个6针的辅助供电接口,如果是两个显卡的计算机,可能需要两个6针的辅助供电接口。
在选购电源的时候,显然带有越丰富的接口越好,这样在连接各种硬件的时候会很方便,不会出现无法连接或者接口数量不够情况。如果在购买前无法确定电源带有哪些接口,建议选择符合更高电源规范的电源,比如现在比较新的规范是ATX 12V 2.2版本,高规范版本的电源通常带有更丰富的电源接口。此外如果已经出现缺少电源接口的情况,也可以通过买一些转接头来获得缺少的接口,当然前提是电源的供电功率要足够。
http://detail.it168.com/common/shuyuxiangjie/html/shuyu0222.shtml
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