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【虎扑数码wiki】第12期——电源基础知识科普

 860277 2022-04-28
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【虎扑数码 WIKI】电源入门科普
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随着数码区的不断发展,我们发现市面上缺少一个真正能够让消费者们去了解数码产品的wiki。所以我们斗胆去为大家制作这么一个市面上结构最合理、思路最清晰的数码知识wiki,以服务所有JR。起码让大家对于你所在使用的产品有一个基础的认识,不再被奸商忽悠。

一、什么是计算机电源?

众所周知,家用PC属于弱电产品,也就是说计算机各个配件的工作电压比较低,一般为正负12V、5V、3V等电压,并且均为直流电。而我们国内市政供电为220V的交流电,不能直接在计算机部件上使用。因此计算机和很多其他家用电器一样需要一个电源将普通市电转换为计算机可以使用的电压。与其他家用电器不同的是,PC的某些部件因为频率高电压低,因此对电源的品质要求特别高。如果把CPU比作计算机的大脑的话,那电源就是计算机的心脏,一颗质量过硬的电源是整个计算机系统的基础保障,否则就会出现“加钱加到九万八,红星炸弹啪啪啪”的尴尬场面。

 (事实上,由于强烈的专业壁垒门槛,电源可能是电脑DIY领域中水最深的部分。即使是弱电领域的专业大佬,在没有昂贵设备以及足够的从业经验的情况下也很难分辨出一款电源的优劣。就楼主本人来说,你要我推荐市场上的一些好好电源,我没有问题,但是你要我说清楚其中每一处细节和门道,抱歉这我是真的不懂。 因此这篇科普真的非常难写,请教了几位学弱电的朋友的同时也在网上查阅了大量的测评、拆解、资料与百科以及厂家页面。最后也只是堪堪 整理 出了电源的大致介绍,更侧重于让大家了解这个产品的特性以及选购产品时候需要去注意的技术和参数。)

二、计算机电源有哪些

【外置电源适配器】:电源适配器是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备,常见于笔记本与ITX紧凑PC平台,并不属于典型的电源设备,但是也是PC电源的一类,因此在此提及。

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【服务器电源】:服务器电源就是指主要用于服务器上的电源,它和PC电源一样都属于开关电源。服务器电源按照标准可以分为ATX电源和SSI电源两种。ATX标准主要用于工作站和低端服务器;而SSI标准则更倾向于专业的服务器,接口针数与家用机也不兼容。当然市面上也有很多发烧玩家将物美价廉的二手SSI服务器魔改使其能够兼容个人PC。

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【SFX电源/SFXL电源】:可以看成缩小版的标准ATX电源,主要用于紧凑型ITX平台,当然价格也要比同档次的标ATX电源贵,SFXL电源要比SFX略大一些。

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【标准ATX/ATX-L电源】:ATX电源就是我们最常见,最通用的标准计算机电源标准,尺寸大约为150X140X86mm,配备12CM直径的散热风扇。但是也有部分高端电源会比标准ATX长一些,搭配14CM散热风扇,这种尺寸的电源可以称为”ATXL”电源(非正式称呼)。

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三、电源内部的主要组成部分

【EMI滤波电路】:

EMI全称为ElectromagneTIc Interference即电磁干扰。PC电源中的EMI电路通俗的讲就是一个滤波器,市电进入电源后首先进入EMI电路来消除交流电中的高频杂波,将相对纯净的电路送入PFC电路。同时EMI电路也是电源的第一道保护屏障,能够保护电源不受到市电不稳定时的突波干扰。

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【PFC电路】:

PFC的英文全称为“Power Factor Correction”,意思是“功率因数校正”,因为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。目前常见的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),另外还有交错式PFC。

▼采用主动PFC电路的某品牌电源

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【高压滤波电容】:

主要是将高压交流电转化为高压直接电,由全桥电路整流和大容量的滤波电容滤波来完成,对电流电压间的相位差进行补偿。 一般情况下有经验玩家都习惯用这里所用电容容量的品牌以及大小参数来判断电源的功率和用料档次。(参考下表)

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【变压器】:

变压器是开关电源的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电压,并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。

【低压整流和滤波电路】:

是电源的直流的稳压输出部分,将低频高压直流转变为低压直流电,并且过滤掉其中的杂波,有磁放大技术和DC-DC。

[单磁放大]:3.3V通过磁放大电路稳压,12V和5V电压是共同受电源PWM控制器调节的,电压联动。单磁放大有两个死点,分别是 12V满载5V空载 和5V满载12V空载。此时有可能电压超出范围导致断电。

[双磁放大]:是指5V和3.3V分别通过磁放大电路稳压,12V电压受PWM控制器调节。双磁放大有一个死点,就是12V空载,5V和/或3.3V带负载,此时有可能电压超出范围保护停机。

[DC-DC]由12V取电,降压后提供5V 3.3V,不论用多少,最终都反映到12V的负载

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【拓扑结构】:

 电源拓扑基本分为两种:一、半桥;二、正激。其中老式半桥,双管正激为硬开关。谐振半桥,谐振全桥,移向全桥,有源箝位这些属于软开关。而在这其中,正激拓扑电路的优势十分明显,事实上,目前主流电源大部分采用了双管正激架构,少部分为LLC谐振架构。

拓扑结构与开关部分以及低压转换部分可以自由搭配组合,是我们选购电源需要注意的关键部分。

▼这三个选项的组合是选择电源的关键知识点。

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【控制保护模块】:

主要用来控制开关管的导通和截止,从而调节输出电压的高低。控制芯片同时还负责电压过载和电流短路保护,避免因电源固障时导致与其连接的电脑设备毁坏。虽然这些控制芯片在电源里面不象其他组成部分那么明显,但是它们却有着作为“大脑”发挥着重要的功能。

【散热模块】:

目前市面上大部分电源的转换效率在80-90%左右,这意味着大约有20%的电能只能在流失的过程中转换为热量,因此电源内置的散热风扇就显得非常重要。优秀的电源则可以在散热和静音之间做好平衡。

四、电压&纹波

一般电源的输出电压有:+3.3V 主要给主板和内存供电。+5 V 目前主要给硬盘.光驱.USB设备和鼠键供电。+12V 作用是最广泛的,上至CPU.显卡.下至硬盘光驱.散热风扇...因此在不同的负载情况下,能否有稳定的电压输出也是检验电源成色的一大标准。

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纹波:开关电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动,与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程,电能从输入端被“泵到”输出端,形成一个充电和放电的过程,从而造成输出电压的波动,波动频率与开关的频率相同。

 纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值,其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。在Intel ATX电源规范中12V的纹波电压应该小于120mV,3.3V和5V应该小于50mV,超标限度是10%

五、额定功率与转换率

额定功率:也就是我们通常所说的电源“瓦数”,一般玩家根据自己的硬件配置与升级需求来选择一个适合自己的额定功率的电源,当然这里有很多厂家会耍一些小心眼,将产品型号与额定功率进行模糊:例如XXX-600看似标注了600其实是一颗额定500W的电源,选购的时候需要稍微注意一下。这里再纠正很多JR的一个误区,电源的实际能耗是额定功率/转化率,比如你的电源额定500W,全负载转换效率为80%,那么你这颗电源的实际满载能耗为 500/80% = 625W, 可别再傻子一样的乘0.8来计算你电源的最大能耗了!

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转换率:转换率是指电源对能源的利用效率,通常采用“美国环保节能标准”来对电源的转换率进行分级,也就是我们通常所说的“80PLUS认证”。

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其实80PLUS认证其实只是一个节能认证,并不能代表电源做工用料质量的好坏。电源的输入功率等于输出功率÷转换效率 ,转化率越高其输入功率越低 转换效率和架构成直接关系,一般老式半桥撑死白牌,双管正激能最低白牌,LLC基本金牌,有源钳位单管正激一般金牌,,电源的质量好坏跟架构没直接关系,却和用料有极大关系,所以转换效率和电源质量也有一些所谓的玄学关系,所以说在通常情况下转化率高的一般比转化率的做工要更好一些。当然这仅限于正规品牌,毕竟现在已经是9012年了,随着妖术的进步,某些爆破品牌也能用狗屎一样的用料架构来拿到铜牌甚至金牌认证。

六、模组&线材

 从线缆与电源的连接方式区分,电源可以分为全模组、半模组、非模组。

全模组:顾名思义就是完全模块化的接口,电源线不会固定在电源上,需要使用什么线就连接什么线,这样就不会显得杂乱无章,扩展性也更,同时也可以更换颜值更高的定制线缆;

半模组:除了CPU与主板供电是固定的之外其他线缆则是可以插拔的模块化,可以理解成一种妥协的四不像方案

非模组:电源的电源线是直接从电源内部延伸出来的,线材的多少、长度全是固定的,因此,给你多少你就只能用多少,少了就可能不够用,也不利于理线;最后则是半模组,。

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七、电源天梯图与电源选购参考坐标图

(by 翼王)

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八、电源天梯图

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