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计算机电源各功能模块详解

 昵称509Q2 2011-02-20

电流称得上PC的血液,为确保系统的正常运转,PC需要恒定的电流供应。即使很小的电流波动也可能会导致数据的丢失或系统的崩溃。因此,广大的PC使用者应当加强对PC电源和电力供应的理解和认识,从而为自己的系统提供更加稳定和充足的电力。

  外部环境

PC只能接受在传输过程中保持恒定电压的直流电。但是目前我们所使用的家用电一般都只提供交流电。交流电的电压在特定范围内有规律的上下波动。PC中的电源在使用家用电之前首先将交流电转变成直流电。

  PC电源的外部环境经常会出现的问题就是电压不稳定。例如,当输电线路受到破坏或遭受闪电影响时都有可能在瞬间产生高达上千伏的强力电流,对PC造成严重冲击,使PC中异常敏感的电路完全崩溃。为防范过高的峰值电压,用户可以选择使用稳压器。

  过高的电压对计算机会产生不利影响,过低的电压也同样有害。时断时续的电流可能引发系统的异常关闭,破坏系统文件,导致数据丢失。用户如果发现外部电源经常出现电压过低的情况的话,可以选择使用UPS(即不间断电源供应)为系统提供足够的电力供应,确保系统在异常断电的情况下有充足的时间保存重要的文件,安全关机。

  电源问题现象诊断

  电源是PC的心脏。虽然平时除了偶尔的清理积尘之外,我们几乎不需要对PC电源进行任何的维护,但是这并不能说明电源不会出现问题。正是由于我们对电源的忽略,才可能在计算机出现异常情况时找不到问题的根源,不知从何处下手。下面,我们就来看一下电源出现问题时可能发生的一些症状。

  发出异常气味

  在PC的使用过程中,如果发现异常气味,可以先关闭系统,查看气味是否减弱,然后重新启动系统,如果气味重新产生,则应当打开机箱,检查是否有硬件设备被烧损。

  没有风扇转动声音
  如果用户机器在运行过程中,电源风扇相当安静,没有任何声音的话,那么用户应当考虑重新更换新的电源,并及时关闭系统,以避免系统过热损坏。

  经常性内存报错
  PC内存条对电压的波动非常敏感,细小的变化也可能会产生严重影响。如果系统经常提示在相同内存地址出现错误的话,极有可能内存条已经损坏。反之,如果经常出现不同的内存报错信息,则可能表示机器电源的电力供应出现问题。

  运行中出现黑屏

  如果用户机器出现黑屏,但同时机器的硬盘和电源风扇仍在运转的话,则可能是因为电源出现了问题。正常情况下,PC电源会向机器主板发出恒定的信号表明电力输出正常。当出现异常情况时,该信号被终止,主板出于自我保护将自动关闭,从而导致黑屏。

  冷启动问题

  如果用户发现机器在冷启动时有不正常的现象或问题出现,如内存报错或显示输出异常等,但是在热重启时却不会发生上述情况的话,应当检查是否电源出现问题。

  目前最为流行的电源类型为ATXAT,分别支持不同的主板。用户如果认为需要更换新的电源的话,应当根据自己的系统选择适当的类型。此外,选购电源时还应当考虑系统的电力需求。电源的功率一般以瓦为单位衡量,大多数PC电源的功率范围为200250瓦。如果用户计划为自己的PC添加新的硬件设备,则应当考虑选用更大功率的电源从而保证新的设备能够得到足够的电力供应。

  电源管理

  几乎所有的笔记本电脑都带有省电模式,该模式下,系统会根据需要关闭不同的设备,从而延长机器电池的使用时间。用户可以通过CMOS,键盘或操作系统启动省电模式。目前,绝大多数的操作系统都提供了支持高级电源管理标准(APM)的省电模式。

  APM标准规定了5种不同的用电状态。除了全部启用和全部关闭之外,还包括StandbySuspendSleep模式。Standby模式保留内存中的现有数据,只关闭一小部分设备,从而可以快速的返回原先的工作状态;Suspend模式关闭更多的设备,而Sleep模式则会将内存中的现有数据写入硬盘,并切断内存的电力供应。

  由于不同厂商在实现APM时使用了不同的方式,因此在设置APM时可能会出现冲突或不兼容问题。例如,许多APM系统都允许用户在CMOS或系统软件中进行设置。如果用户发现自己在控制面板电源管理中的设置不起作用时,可能是因为电源管理中的设置与CMOS中的设置发生冲突。

  作为APM继承技术的高级配置和电源接口(ACPI)已经得到了目前绝大多数笔记本电脑和桌面系统的支持。ACPI提供了软关机的功能,可以使PC即使在sleep模式下仍然能够对外部事件,如接收传真等做出响应,并迅速唤醒系统。
功率是电源的重要参数,功率可解释为峰值功率、输出功率、额定功率。峰值功率是指电源瞬间输出的最大值(通常不超过1分钟):输出功率是指电源在电压范围波动不大(200V—264V),使用环境温度正常(25度左右),能长时间稳定工作的功率;额定功率是指电源在电压范围波动较大(180V—264V),使用环境温度在—5~50度之间,能长时间稳定工作的功率。世纪之星电源的功率标识为额定功率,如额定功率200W的世纪之星电源,则通常其输出功率为260W、峰值功率为330W

  风扇对于电源本身和电脑主机的散热起着重要的作用,风扇排风量的大小直接影响电脑主机和电源的散热。选择高品质的风扇是电源质量的重要保证。

  线材的重要作用是电压、电流的传输。较细或者劣质铜的线材,不仅会影响传输的效果,从而影响电源的使用,同时,长时间使用常常会因过热而导致线材烧毁,给用户造成不可挽回的损失。

  电源输出波动的重要性

  电源输出电压的稳定性,是电源的一个重要的指标,但绝不是判断一款电源优劣的唯一指标。电源性能指标非常繁多,近20余项,电压的稳定性只是 其中的一项。

  只要电源输出在合理的范围内,对电脑配件都不会造成负面影响,这时电压的波动范围在1%5%的意义是一样的,过分地关注波动的大小是不必要的。但波动的相对大小,侧面反映了电源的负载能力,波动率相对越小的电源,其实际的最大输出功率可能越大,毕竟,输出电压超出规定范围时的输出功率是没有益处的。

  相对来说,电压偏高比电压偏低更具有危险性,电压偏低至多引起电脑工作者的不正常,而电压偏高则可能烧毁硬件。
什么是纹波和杂讯?

  电源的功能是将交流电转换为直流电,但事实上,输出的直流电并不是一条纯净的直线,而是依附着一些周期性和随机性的交流信号,我们称之为纹拨和杂讯,他们的数量一般都很小,用毫伏表示。纹波和杂讯对电脑电源来说是非常重要的指标,纹波和杂讯过大有可能让CPU产生误判,严重者可能烧坏电脑。
计算机系统中电源的重要作用

  电源是计算机主机的动力源泉,计算机系统中所有部件均靠机箱内部的电源供电,电源输出直流电压的好坏,直接影响部件的质量、寿命及性能。许多电源厂家面对市场竞争往往以减少元器件,如节省滤波电路装置,保护电路等,或采用低价格,低裕量的元器件来降低成本提高市场的竞争力,而这样受害的却往往是普通用户。不良的电源容易导致计算机出现下述问题:

  1、计算机出现死机、程序出错、音箱有杂音。原因是电源中省去了 EMI 滤波器,抗干扰能力差,来自电网的任何干扰都会使机器的正常运行受到影响。

  2、导致硬盘出现坏道或损坏。不好用的电源易导致硬盘出现假坏道,在修复时须更换一个性能良好的电源,否则时间一久硬盘容易出现永久损坏,就必须回厂家返修。

  3、光驱读盘性能不好。如果你新配的计算机或新买的 CD-ROM 读盘不好,而 CD-ROM 本身就是好的,那么很大的可能原因可能就是电源。

  4、显示屏上有水波纹有可能是电源的问题。

  5、主机莫明其妙的重新启动,有可能是电源问题。

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150W250W,共有四路输出(5V12V),另向主板提供一个P.GPower 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1995Intel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+5VSBPS-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 X16DDR2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 12VCFX 12VLFX 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1015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220W240W275W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69升的机箱,目前有180W200W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180V264V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200V264V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5W10W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IntelATX12V 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”
“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,200351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0.70.8,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EMI3C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680μF350W400W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。

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