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万里长城、动力先锋——电脑电源横测(上)

【原创】
2002年07月08日17:48

【文章简介】
电脑电源原理及测试专题... (12063 字)

8外设
<其他

 


第1页:原理篇

● 前言

CPU再高速,也需要它的支持;显卡再强大,也不能离开它的帮助,硬盘的容量再翻倍,也需要它来引导,而电脑配件的频繁升级却轮不到它的份,它是谁?谁有这么大的本事?它就是电脑使用的ATX电源!
现在很多人都已经用上2GHz的CPU,这些CPU的功率比以前一台电脑的总功率都大,有的朋友还挂接了多个硬盘和光驱,而它们离开电源同样无法工作,许多朋友升级主板、显卡、内存乃至CPU、硬盘的时候却从来没有想到过升级电源,如此一来耗电量大增电源如何抵挡?电源不足岂不是"动乱"的开始?那么升级的意义又在哪里?而当大家认识到这个问题的时候却对市场上琳琅满目的电源品种感到了困惑:我要买的是哪个电源?该如何去挑选它们呢?

● 原理篇


一、电脑电源的特点


有另外一类朋友对电源也非常感兴趣,他们就是研究音响的发烧友。对于他们来说,电源就是功率放大器的心脏,需要强壮、有力,而且要求反应迅速,否则再好的音响器材也不能重现那真实的声场。电脑电源的作用也是如此,为电脑内的各个部件提供充沛而纯净的直流电。
音响电源的工作原理比较简单,将220V的交流电(市电)经过工频变压器进行变压而转换为低电压的交流电,然后再用二极管组成的全桥进行整流而输出脉动的直流电,最后用大容量电容滤除其中的交流成分而输出稳定的直流电,见图1-02。

由于市电的频率固定在50Hz上(指大陆),只能采用矽钢片做为变压器的磁性材料,因此变压器的效率不高且体积庞大,尤其是大功率的音响电源往往是又重又大,不适合电脑工业化的轻便设计原则。
既然变压器在50Hz下的工作效率不高,能否将频率提高呢?这就是开关电源的中心思想:提高工作频率来减少变压器的体积和重量。
电脑上使用的ATX开关电源首先对市电进行整流和滤波而输出高压直流电,然后用开关电路将直流电转换为高频率的脉动直流电并送到高频开关变压器上,此时可以选择体积小巧的铁氧体变压器来完成高压到低压的转换,然后再对输出的低压电进行整流和滤波并最后输出,见图1-03。


实际电路中选用大功率的三极管或场效应管来做为开关,根据控制电路的信号导通和截止,工作频率达到数十KHz或数百KHz,然后与开关变压器、高、低压整流滤波电路就构成了一个简易的开关电源。当需要提升输出电压时就增加开关管导通的时间,反之则增加截止的时间,控制十分灵活。
与音响电源相比,电脑使用的ATX开关电源的体积和重量都要减少很多,不过电脑需要输出多路的低电压大电流的直流电,而且要具备各种保护功能,所以控制电路要复杂的多。
开关电源体积小、重量轻、转换效率高、自身发热量小的诸多优点决定其成为工业设备的首选电源,只是开关电源的电磁辐射和干扰会比较大。

l ATX电源与ATX标准

ATX电源是根据ATX标准进行设计和生产的,而ATX标准则与电脑和整机的标准密切相关。相对于早期AT结构的电脑来说,ATX结构的电脑在许多方面作出了改进,ATX电源也发生了明显的变化,比如取消了AT电源上必备的电源开关而交由主板进行电源开关的控制,而电源内部也增加了一个待机电路为电源主电路和主板提供电压来实现电源唤醒等功能,此外,ATX电源首次引进了+3.3V的电压输出端,与主板的连接接口上也有了明显的改进。
从最初的ATX1.0开始,ATX标准也经过了多次的变化和完善,目前已经推出了ATX2.03和ATX12V这两个标准,根据ATX标准制订的ATX电源也逐渐成熟,所以了解ATX标准能帮助大家正确的认识电源:


1. ATX1.1到ATX2.0标准的区别:
对ATX电源内部的风路进行了调整,将原来面向机箱内送气的风扇改为向机箱外排气。
对PS_ON#、PWR_OK信号和+5VSB电源规格进行了补充,对+3.3VDC端电压变动的范围和软电源控制信号进行了重新定义。
加入可选择的风扇辅助电源、风扇监控、IEEE1394电压和3.3V遥控电压等标准。
对电源内部配线颜色的定义进行了补充。


2. ATX2.00与2.01的区别:
对机箱和主板的I/O接口的定义进行了修正和补充。
将+5VSB输出电流由原来的10mA增加到720mA,改善了主板唤醒设备的能力,提高了兼容性。


3. ATX2.01与2.02的区别:
针对250~300W以上的电源加入了新的辅助电源连接器(一种6芯连接器,采用类似AT主板上使用的电源连接器,见图1-04)。


对技术白皮书的内容进行了修改和补充,说明了电源启动时PS_ON、PWR_OK与相关电压的变化关系,并明确了IEEE1394R通道的电源定义。
根据Intel关于ATX电压供应设计手册(0.9版)的规定对原来技术白皮书中的两处错误进行了修正,将原来-5VDC和-12VDC的电压波动范围由原来的±5%修改为±10%。


4. ATX2.02与2.03的区别:
将MicroATX名词改为正确的Mini-ATX,并对其外形尺寸进行了重新的定义。
建议电源厂家在电源机盒顶端增加新的通风窗口以增强对CPU的散热。


5. ATX12V与ATX2.03的区别:
加强了+12VDC端的电流输出能力,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。
采用新增加的4芯电源连接器为P4处理器供电,供电电压为+12V,见图1-05。


加强了+5VSB的电流输出能力,改善主板对即插即用和电源唤醒功能的支持。


从上面标准的演化过程不难看出,虽然ATX有许多不同的版本,但不同版本间的区别并不明显,大的改动也不算多,其中ATX1.1到2.0中电源风扇风向的变化和ATX12V的推出到对我们实际使用影响颇大,购买电源的时候要尽量选择满足最新ATX标准的电源,如ATX2.03、ATX12V。



2 电磁兼容标准与安全认证


电脑采用的开关电源虽然具有重量轻、体积小、转换效率高等特点,但工作时产生的EMI(电磁干扰)和RFI(射频干扰)较大,容易对外、对内产生干扰,因此电源内部还要加入杂波滤除电路,减少对外界的干扰。
许多国家对电器的EMI都有明确的规定,电脑电源也要遵从这样的标准,常见的EMI标准有日本的VCC1类和2类、美国的FCCP15J A类和B类、德国的VDE0871 A类B类和国际上的CISRPub1、Pub12等等。
电源自身安全与否也会对用户构成威胁,安全认证的确立是为了防止电器设备因电击、着火、机械危险、热危险、能量危险、辐射危险和化学危险而对人体产生伤害及财产损失,所以电源还必须通过一定的安全认证,只有通过电磁兼容标准与安全双认证的电源才能说是一种安全而合格的产品。
许多国家都制订了自己的安全认证规格,常见的包括了国际规格的IEC(International Electrotechnical Commision)950、IEC65、日本的电器用品管理法、欧洲使用的EN60-950、EN60065、美国的UL(Underwriter's Laboratories)1950和加拿大的CSA(Canadian Standards Association)950等等,其中欧洲标准中还包括了德国的VDE(Verband Deutscher Elektronotechniker)、英国的BSI、挪威的NEMKO、瑞典的SEMKO、丹麦的DEMKO、瑞士的SEV、意大利的CEI等等,可见各个国家对电器安全性的重视程度,我国对电脑使用的开关电源也有着严格的规定,CCEE(China Commission For Conformity Certification of Electrical Equipment,熟称长城标志)认证中对电源的爬电距离、抗电强度、漏电流和温度等都有严格的规定。
除了上述的标准外,对电源的抗振动、冲击、温度和湿度也有一定的要求,此外还应该对电源的噪声和可靠性作出评估。
也许大家要问:如何才能了解到电源通过的各种认证呢?其实正规电源生产厂家都会将通过的标准和认证标注在电源的铭牌上,见图1-06,

遗憾的是国内大多数用户对这些认证知之不多,许多电源厂家为了节约认证成本而没有申请这类的认证,内部也缺乏相应的电路,而认证的目的本来是为了保证用户更加安全的使用,因此大家应该杜绝购买无任何认证的电源。

《元件篇》...继续下一页>>

《万里长城、动力先锋——电脑电源横测(上)》分页索引


第1页:原理篇
第2页:元件篇
第3页:问题篇

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