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電源關鍵技術學習

瀏覽次數:|更新日期:2014年12月05日

  對于ATX電源規范,我們每次都能在電源產品上看到它,這個規范又是怎么個回事兒呢?我們可以從ATX電源規范de幾次重要變化中看出個端倪.
  ● ATX電源規范de誕生
  實際上,ATX規范是1995年Intel公司制定de新de主機板結構標準,是英文(AT Extend)de縮寫,可以翻譯為AT擴展標準,而ATX電源就是根據這一規格設計de電源.與AT電源相比,ATX電源外形尺寸并沒有多大變化,其與AT電源最顯著de區別是,前者取消了傳統de市電開關,依靠+5VSB、PS-ON控制信號de組合來實現電源de開啟和關閉.ATX類電源總共有六路輸出,分別是+5V、-5V、+12V、-12V、+3.3V及+5Vsb.
  ● ATX電源規范de幾次重要版本變更
  從P4開始,為了解決P4處理器de高功耗問題,電源規范開始使用ATX 12V 1.0版本,開始使用高負載性更強de+12V電壓為CPU供電,首次為CPU增加了單獨de4Pin電源接口,此外,ATX 12V 1.0規范還對涌浪電流峰值、濾波電容de容量、保護電路等做出了相應規定,確保了電源de穩定性.
  而到了2003年4月,Intel發布了新deATX 12V 1.3規范.新規范特意制定了單路+12V輸出不得大于240VAde限制.并且ATX 12V 1.3規范中還規定了電源de滿載轉換效率必須達到68%以上,因此電源廠商必須通過加裝PFC電路來實現.
  2005年,隨著PCI-Expressde出現,帶動顯卡對供電de需求,因此Intel推出了電源ATX 12V 2.0規范.Intel采用雙+12V輸出de方式,來解決大功耗顯卡問題.其中一路+12V仍然為CPU提供專門de供電輸出,而另一路+12V輸出則為主板和PCI-E顯卡供電,因此主板電源接口也從原來de20針增加到24針.并且要求電源滿載轉換效率de標準提升至80%以上.
  在此之后,Intel又發布了2.01、2.03等多個版本,主要提高了+5VSBde電流輸出要求.2006年5月起,Intel又推出了ATX 12V 2.2規范,相比之下,此版本并沒有太大變化,主要是進一步提高了最大供電功率.直到2007年2007年4月ATX 12V 2.3de出現,其主要是針對硬件升級以及雙核、多核處理器de功耗改變.
  ● 全新變化deATX 12V 2.3版本
  這里要著重介紹一下ATX 12V 2.3版本,因為在此版本中出現了一些前所未有de新規定. 在300W以下de電源不再有雙路+12V輸出設計,主要是因為用戶de配置進行設計,想比之前de設計更節能.
  而300W以上de電源對于+12V輸出重新定義,2.3標準中de+12V1輸出能力得到了提升,+12V2輸出能力則下降了,為了適合新主板和顯卡de設計,也由此直接反映出顯卡功耗不斷提升與CPU功耗持續下降鮮明反差de特點.
  同時,首次建議各大電源生產廠進行節能設計,建議電源在20%、50%和100%負載下轉換效率都達到80%以上,而功率因數則需要大于或等于0.9.這也是美國強制實施de80PLUS計劃,對于電源de設計和成本都是比較大de挑戰.
  此外,2.3版本電源更加強調了環保要求.在2.3版電源規范中,對于RoHS標準進行了重點強調說明,其中特別提及了歐盟、中國對于該標準de關注,這是以前2.2版電源規范中沒有de內容.說明了環保將是未來電源發展de重要方向,尤其是對環境或者人體可能產生危害de物質將會得到更有效de控制.
  ● 選購原則
  因此,在選購電源de時候,我們最好應該盡量選擇更高規范版本de電源.首先高規范版本de電源范de+12V、+5V、+3.3V等輸出de功率分配通常更適合當前計算機配件de功率需求.當然,也有例外de時候,比如一套舊de系統,并且恰恰是顯卡功耗小于CPU時,選擇上代deATX12V 2.2版反而更適合一些.
  另外,我們從上述de版本變化中可以看出,每次變化都是Intel在牽頭,根據自己CPU產品de發展狀況以及耗電情況來勒令其他配件廠商(除顯卡、內存、硬盤外),被動改變自己de產品類型,因此如果哪家廠商先摸到Intel下步要出什么牌,誰就能占到市場de先機.因此我們再選購時也應該注意到Intel這個行業巨頭又有哪些動向,以免出現產品到手后不久就被淘汰de尷尬局面.
  在ATX電源規范版本de更迭中,Intel除了比較照顧自己之外,但還是很有責任意識地讓電源廠商增強能源de環保意識.因此在剛才deATX電源規范中,我們得知在ATX 12V 1.3版本中就提出了PFC設計,而在市場上我們也經常聽到主動式PFC、被動式PFCde名詞,到底PFC什么意思呢?又有哪些重要作用呢?
  ● 什么是PFC呢?
  PFCde英文全稱為Power Factor Correction,意思是功率因數校正,功率因數指de是有效功率除以總耗電量(視在功率)de比值,說白了就是來表征電子產品對電能de利用效率.功率因數越高,說明電能de利用效率越高. 目前dePFC有兩種,一種為被動式PFC(也稱無源PFC)和主動式PFC(也稱有源式PFC).
  ● 被動式PFC
  被動式PFC簡單de來說,是使交流輸入de基波電流與電壓之間相位差減小來提高功率因數,被動式PFC包括靜音式被動PFC和非靜音式被動PFC.也就說被動式PFCde功率因數只能達到0.7~0.8,它一般在高壓濾波電容附近,由于電能利用率(70%至80%)不是很高,而造成能源de大量浪費.計算機
  而主動式PFC則由電感、開關管及IC芯片組成,體積小、通過專用集成電路去調整電流de波形,進行校正.因此主動式PFC可以達到較高de功率因數,通常可達0.98(98%)以上,但成本也相對較高.此外,主動式PFC還可用作輔助電源,因此在使用主動式PFC電路中,往往不需要待機變壓器,而且主動式PFC輸出直流電壓de紋波更平滑,這種電源不必采用很大容量de濾波電容.
  ● 主動式PFCde優勢
  現今在市場上,中高端電源多采用雙管正激+主動PFCde電路拓樸方案,聽起來有些不好理解,但我們只需要知道主動PFC電路相比起被動PFC電路來說,是有著自身de一些優勢de.
  1. 在電源de轉換效率方面,特別是在一些高負載情況下,主動PFC電路表現得更加出色.而這并不意味著,采用被動PFC電路de電源轉換效率就一定不高,因為電源de轉換效率有很多因素,但采用主動PFC電路更有助于提升電源de轉換效率.
  2. 其次主動PFC電路de功率因數高達99%以上,因此對于國家電網de節能還是有非常明顯dede幫助,節能環保,匹夫有責嘛.
  3. 最后采用主動PFC電路de電源由于少了個大鐵塊,相比之下還是輕便不少.
  雖然市場上采用主動PFC電路de電源產品逐步增多,但針對入門級用戶也就是說在300W左右de電源產品,采用主動PFC電路de產品還是相對較少.其主要因素還是請成本較高.不過相信隨著人們環保意識de提高,主動PFC會在市場上顯示出其獨特de優勢來de.
  除了以上主要名詞外,還有其他一些名稱,比如表示電能轉換速度de額定功率、表示電能轉換損耗de轉換效率、表電能轉換品質de輸出紋波等等,其重要性也不言而喻,所以筆者就對此盡做些簡單de介紹.
  ● 額定功率
  電能轉換de速度其實就是電源de額定功率,它de意思是電源在單位時間內能轉換出de最大能量,單位是焦耳/秒,功率純粹代表量,不涉及品質de概念.
  ● 轉換效率
  電能從220V轉換成12V、5V、3.3V伴隨著大量de損耗,100瓦進去后出來de可能是60瓦,也可能是80瓦.如果能量轉換成60瓦就意味著轉換效率是60%,如果是80瓦就是80%,設計越先進,用料越好de電源損耗越低,轉換效率就越高,省電能力自然會很強.
  ● 輸出電壓
  在日常生活中,人體觸電是非常危險de,超過220Vde電壓會使人休克.同理,CPU、內存與主板元件也會觸電喪生,這就要看電源輸出de低壓電穩不穩定了.標準電壓是12V、5V、3.3V等等,如果電源品質特差,輸出de是13V、6V、4.4V,那么電腦硬件也會工作在非標準電壓下,短命鬼就此誕生.
  ● 輸出紋波
  電流紋波對于普通消費者來說是比較難理解de概念,它代表著電源轉化de低壓直流電de品質,完美de低壓直流應該是非常平滑de波形,但實際上經過電容濾波de直流波形仍舊有小幅波動,這個波動就是紋波.紋波與電壓一樣代表輸出電流de品質,并且紋波往往是兩個同樣出色de電源de最后裁判.