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我的青春谁做主--计算机电源面面观

  数周前,笔者的一位挚友前来询问购机问题。他的要求很简单:无非就是平时我们常见的用什么牌子的货便宜,哪款产品性能好,跑游戏顺畅等等。在进行了诸如,上网查价格,写配置单之类的例行公事后,朋友看着报价单皱起了眉头。随问道:“这是什么东西?比音箱都贵了?”我接单子一看,原来朋友所指的是一款电源。的确,我当时给他配置的电源规格略微高了一点,不过也正是考虑到他电脑的频繁升级而事先有所预留。同时,笔者早年配置的老爷机,也正是因为使用了一款劣质电源,而导致报废两块主板(一块电容爆浆,另一块烧了USB和供电接口)的惨剧。这种扼腕的经历更是让我对山寨电源恨之入骨。

  小的时候,在计算机课上,老师总是照着普及教材上一板一眼的念道“CPU是电脑的核心”;大学了,选了这门专业,副教授又总是振振有词的告诉我们“计算机最重要的就是数据硬盘”;等到毕业了,计算机的神秘感再也不能感染我之时,作为一台工具,我要求的是它绝对稳定的运行。如果隔三差五的烧主板,坏硬盘,那工作基本就是个不可能完成的任务了。因此,计算机的“青春”(使用寿命)靠的就是电源,而我的“青春”(工作时间与效率)更是靠这个小铁皮盒子。在一番劝说下,朋友也听从了笔者的意见,打算使用品质较好的电源以图个省心。

  尽管此事告一段落,不过这次经历也小小的刺激了笔者的神经。如果把CPU比作处理海量数据的大脑的话,那电源无疑就是源源不断为整个身体输送养料的心脏了。可是,正是这颗时时刻刻供给整个系统电力的重要器官,却常常不受大家攒机之时的重视。甚至在某些著名的PC游戏论坛中,出现过不少打算组双显卡交火的配置单帖子,其中却使用着功率不足的电源。于是,写一篇计算机电源的科普小文章的想法便油然而生了。希望这不但能帮助笔者的朋友更好的选购一款合适自己的电源,也更希望能让广大网友们更深刻的认识这个给予你计算机“生命与青春”的“朋友”。

  “参天之木,必有其根,环山之水,必有其源”。一块小小的电源,其实也是经历了十数年的发展。1984年,美国国际商用机公司也就是IBM发布了一款个人电脑产品IBM 5170 PC AT。当时的人命名比较直白,AT其实就是Adavanced Technology的缩写。因其引入了标准的16位ISA总线以及采用了当时最新的Intel 80286处理器而得名。作为IBM公司的PC机第二代升级产品,尽管其早期批次的货物存在着与磁盘存储部件相关的瑕疵,不过其带来的工作效率的提升与巨大的商业价值使其最终流行于商业及普通用户市场,甚至成为了PC工业最持久的标准之一。

  而与苹果公司的理念不同的是,IBM一直是兼容型个人计算机的倡导者。为了使计算机终端用户能更快的升级自己的计算机,IBM推行了其在第二代PC产品中使用的AT规格供第三方厂商生产与之兼容的主板。这AT规格意即为 IBM AT 计算机主板的外形尺寸和布局(规格)。而在1985年,出于节约成本与优化设计的目的,IBM推出了Baby-AT标准。

  这种从286 一直应用到奔腾(Pentium)的规格,有和 AT 规格相类似的安装孔位置和位置相同的八个卡插槽,但比过去稍微窄和短两寸(51毫米)。而这些 Baby AT 主板的较小的体积(220x330毫米)和高灵活性,成为了这一规格的获得成功的关键所在。尽管它现在已经过时,不过大部份现代的计算机机箱一般都可以兼容 Baby-AT。

  时过境迁,当诸多PC功能越来越完善的同时,带来了更多的硬件规格与功能要求,而Baby-AT似乎不能更好的适应用户的需求了。

  首先,Baby AT结构标准表现在主板横向宽度太窄(一般为22cm),使得直接从主板引出接口的空间太小。大大限制了对外接口的数量,这对于功能越来越强、对外接口越来越多的微机来说,是无法克服的缺点。

  其次,Baby AT主板上CPU和I/0插槽的位置安排不合理。早期的CPU由于性能低、功耗小,散热的要求不高。而现今的CPU性能高、功耗大,为了使其工作稳定,必须要有良好的散热装置,加装散热片或风扇,因而大大增加了CPU的高度。在AT结构标准里CPU位于扩展槽的下方,使得很多全长的扩展卡插不上去或插上去后阻碍CPU风扇运转。

  另外,内存的位置也不尽合理。早期的计算机内存大小是固定的,对安装位置无特殊要求。Baby AT主板在结构上按习惯把内存插槽安放在机箱电源的下方,安装、更换内存条往往要拆下电源或主板,很不方便。内存条散热条件也不好。

  最后,由于软硬盘控制器及软硬盘支架没有特定的位置,这造成了软硬盘线缆过长,增加了电脑内部连线的混乱,降低了电脑的可靠性。甚至由于硬盘线缆过长,使很多高速硬盘的转速受到影响。

  出于上述如此之多的局限性,在IBM已经丧失了PC的垄断地位的之时,Intel这个处理器芯片的业界巨子也于1995年推出了ATX(AT Extend)规格,以取代不再年轻的Baby-AT规格。ATX主板针对AT和Baby AT主板的缺点做了以下改进:主板外形在Baby AT的基础上旋转了90度,其几何尺寸改为30.5cm×24.4cm;采用7个I/O插槽,CPU与I/O插槽、内存插槽位置更加合理;优化了软硬盘驱动器接口位置;提高了主板的兼容性与可扩充性;采用了增强的电源管理,真正实现电脑的软件开/关机和绿色节能功能。

  在主板更改的同时,新的电源标准也伺机而生。在新标准成长的头两年间(1995-1997),ATX电源标准也从初始的ATX 0.9演变成新的ATX 1.1。与AT电源最大的区别在于ATX规格取消了传统的市电开关,依靠+5VSB、PS-ON控制信号的组合来实现电源的开启和关闭。而在随后三年时间,ATX标准也日趋成熟,相继发布了ATX 1.3,ATX 2.0,ATX 2.01,ATX 2.02,ATX2.03等多个版本以此来不断满足计算机硬件方面的供电要求。

  这样的情况一直持续到2000年2月,从Intel P4开始,以前的供电标准再也法通过小幅修正来满足新CPU的需要。于是,ATX 12V 1.0标准便应运而生。与ATX 2.03不同的是,新标准内使用+12V电压为CPU供电以此取代之前的+5V电压。这样做不但提高了负载稳定性,更是解决了P4级处理器的高功耗问题。从布线上一眼便能看出,专为CPU单独供电的4Pin电源接口,就是它以+12V的输出电压持续不断的为CPU输送着能量。另外,ATX 12V 1.0标准还对涌浪电流峰值、滤波电容的容量、保护电路等做出了相应规定,以确保电源的稳定性。并提供+5VSB的输出确保了主板对USB等设备和电源唤醒功能的完善。

  由于处理器功耗的不断提升,在短短的两年时间里,Intel就先后两次升级了ATX电源的规格。随着吞电怪兽Prescott CPU的出现,系统对12V的输出电流有了更高的要求,而且线材的承受能力有限,这就对为CPU供电的+12V输出电流提出了更高的要求。同年8月发布的1.1标准和次年2月发布的1.2标准又在此基础上进行细节规格方面的调整,以满足生产方面的需求。

  2003年4月,Intel发布了新的ATX 12V 1.3标准。新标准中除再次加强电源的+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。

  尽管计算方式相同,不过240VA并不是240W,作为一个认证标准,240VA要求当单路+12V的输出电流超过20A的时候,必须在整机外贴上警示标志,禁止非专业人员打开机箱。商家们当然不愿意自己的产品转眼就变成了危险品。而考虑到环保节能的需要,ATX 12V 1.3标准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(文章后面会有技术名词的解释)来实现。此外,该标准还去掉了对-5V端的要求,因为-5V端主要是针对ISA设备供电的,然后Intel从810芯片组开始就已经淘汰了此种插槽,所以这自然是多余的。同时,1.3标准中还很有远见的为SATA接口提供了电源规范以适应未来的应用。

  2005年,是硬件规格更新最快的一年,PCI-Express的出现,一局打破了AGP盘踞市场多年的情况。当然,新规格带来的不只是带宽的提高,更是将显卡供电的需求摆上了桌面。幸好Intel早有计划,同年提出的ATX 12V 2.0标准便很好的解决了这个问题。此次的标准中,采用第二路+12V的电源,其中一个专门为CPU供电,另外一个供给显卡和主板。因为如此的设置,主板的主电源接口也从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。

  除此以外,Intel ATX 12V2.0版本另一个重要就改进就是转换效率增加了。转换效率就是输出功率除以输入功率的百分比。1.3版电源要求满载下最小转换效率为68%。2.0版更是将推荐转换效率提高到了80%。尽管功率因数和转换效率都是指电源的利用率,但区别却很大。简单地说,功率因数产生的损耗是电力部门负担,而转换效率的损耗是用户自己负担。功率因数、EMI电路等都是对国家电网的保护。也就是说电源转换供电,效率并没有100%应用,而是一部分转换为热量。如V1.3版电源效率只达到68%,那也就是说有32%的电能转换成了热能。为了防止热量的聚集影响到电脑的正常运行我们就要把热量散开,就也是就我们为什么装风扇的原因。ATX12V2.0标准在峰值及一般负载下可以到达70%,在低负载下也有60%的成绩,建议的效率数值可以分别在峰值、一般及低负载下到达75%、80%及68%(所谓一般负载是指满载输出值的一半,而低载是满载输出值的20%)。不过小看这些被转为热能的功耗,对400W功率模块而言,可就浪费掉一大笔的电能。

  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。增加了最新规格的输出规范并且给出负载交叉图、加强了3.3V与5V的输出能力、削弱了12V的持续供电能力等。在最新的ATX 12V 2.2规范中Intel进一步提高了电源的转换效率。不过,通过规范对比我们可以看到改变最大当属电源在轻载时候的转换效率,而典型负载和满载情况下改变却是很少,看来要想进一步提高电源的转换效率就目前科技水平的确已经很难。

  其实,早在2003年2月,intel便公布了ATX 12V 2.0规范。当时最大的改变就是为电源增加了第二路12V输出,其中12V1主要是用来为显卡等周边设备进行供电而12V2则专用于CPU供电。两路完全独立的12V供电输出,为整机的稳定运行提供了坚实的供电保证。但是在一些低功率产品上却出现了一项致命问题,由于以往单路12V输出的电源可以根据CPU与显卡等周边配件的供电需要而实时调整输出比例,但是到了双路12V输出后则取消了这一功能,较低功率产品往往会出现保证了CPU供电便忽略了显卡以及周边配件供电,顾及了显卡等周边配件供电便忽略了CPU供电的现象。为此,在新一代的ATX 12V 2.3版本规范中intel干脆将低功率输出产品重新设计成单路12V输出,从而最大幅度上保障了整机运行的稳定性。

  面对新一代配件的需要,ATX 12V 2.3中对于电源的输出进行了全新的定义。其中变化最大的两点分别是:1、提高了12V1输出能力降低了12V2输出能力;2、降低了各路电压最小输出时电流水平。

  除此之外,近一年来大家在电源上最为看重的当属节能环保。这里需要说明的是,节能与环保是两个单独的词语节能并不代表环保。各厂家之前所宣传的也是大多数用户所看重的转换效率仅仅代表了电源的节能表现,这里ATX 12V 2.3规范也重新给出了推荐标准。新的标准中,intel推荐一款电源不论何种状态下都可以达到80%或以上的转换效率而功率因数则需要大等于0.9。而这对转换效率的提高,就是80Plus认证的要求。因此,这对诸多电源生产制造厂商,有着更高的技术要求。

  伴随ATX 12V 2.3规范的推出,电源市场又一轮的宣传攻势也再度打开。透过电源规范的发展我们可以清晰地看出PC配件整体的发展脉络,同时新规范中也隐含着Intel这位业界霸主接下来将把电脑带到一个什么样的位置。ATX 12V 2.3规范的推出终结了CPU高耗电的时代,同时也正式敲响了PC家电化的钟声。高效、节能、环保逐渐成为当今业界的努力方向。

  1990年以前,计算机经常被人描绘成是无所不能的,当时谁会使用计算机就一定是掌握高科技的精英。这么多年过去了,随着制造成本的下降,计算机这一当年的“超级武器”也走下了神坛,步入了寻常百姓的家中。特别是近几年网络的大规模应用,我们还经常能看到“3岁小孩打魔兽”之类的有趣新闻。是啊,其实在笔者的眼中,PC本身就是一个复杂一点的“卡西欧计算器”罢了。尽管计算机功能强大,应用领域丰富,不过50多年的成长也不会改变它“冯诺依曼体系”的基因。

  尽管PC已经是发展到第四代的超大规模集成电路的计算机,不过作为一个半导体电器,依然要使用直流稳压电源作为其运行的能源。看到这里,不少细心的读者会发现了,为什么我家的电脑都是直接插在市电就能用了,买电脑的时候也没听说要买什么变压器啊?这是因为如果使用变压器来完成这一工作,不但起造价高昂,体积庞大,而且十分不安全。试想一下,在你机箱旁边还要放着一个比机箱大一倍的庞然大物,不但像暖气一样撒发着热气,更像一个开了门的微波炉一样时时刻刻对你进行着电磁辐射,这样的东西除非是武器,否则怎么可能有人花大价钱去买呢?

  伴随着人们的需求,电子工程师们提出了使用一种特殊的供电系统来完成这项工作。这种特殊的电源要求体积小、重量轻、功耗小、换转效率高,在经过长久的实验制造后,具备有上述优点的开关电源(Switching Power Supply)便应运而生了。尽管开关电源同时有着,电路比较复杂、干扰大、波纹系数较大等缺点,以至于不适合在音响设备上使用,不过为计算机供电倒是刚刚好。

  要理解开关电源需要比较复杂的电学知识,不过要讲明白开关电源是如何为计算机提供动力还是很简单的一个过程:

  高压市频交流-高压直流高压高频交流低压高频交流低压直流

  正如上面的流程图显示的一样,当市电进入电源后,首先经过电网滤波电路(扼流线圈和电容组成)滤除高频杂波和干扰信号,这么做的目的有两层:一是对刚进入电源的市电信号抑制在一个电路可控的范围;二是减少开关电源的震荡高次谐波进入电网时,对显示器及周围电子设备的干扰。说的再为通俗一些,该电路起到的作用就好比是榨果汁过程中,先把水果洗干净,去核削皮,切成大块好能放进榨汁机的第一步。

  其次,将整流滤波电路得到的直流高压电,输入主变换电路,这是开关电源的核心部分,也是此种电源命名的原因。主变换电路会把直流电压变换成高频交流电压,并且将输入电网与输出部分电路分隔开。如果还是使用上个比喻,那这个过程相当于粉碎榨汁。

  最后,再送至高频开关变压器降压,容纳后滤除高频交流部分,这样就能得到计算机需要的较为“纯净”的低压直流电。这也就是滤除果渣,倒出果汁了。

  基本上,所有的ATX电源都是开关电源,其使用的原理也基本相同,不过出于计算机各个硬件的不断发展与更新。各个部件对输入电流也有着不同的标准,有的要求较高电压,有的需要稳定电流,有的又需要极高功率。因此针对ATX的不同标准,每个计算机电源在采用同样的设计原理的同时,也有着各种各样不同的细节设计。

  前面笔者之所以大费周章的介绍了复杂的开关电路的原理,其实也正是为了本章做一个铺垫。因为了解一个电器元件只是知其然,而知道它的作用、明白他的原理才称得上是知其所以然。如果大家有机会拆开一个ATX电源,基本会看见如下几个部件:

  电磁滤波器的基本上物如其名,就是用来滤除外界的突发脉冲和高频干扰,并且减少开关电源本身对外界的电磁干扰的。尽管电磁滤波器的原理简单,制造难度也不大,不过作为市电电网进入电源的“第一关”,如果这个元件做工用料不够厚道的话,将直接影响整个开关电源的性能,甚至由于屏蔽性能不够,还会对周围发散一定量的电磁辐射,对人体有一定危害。

  通常我们最常见的劣质电源,定会在这里不安装屏蔽装置,如果遇见这样的情况,基本不要购买,必然是劣质电源。

  压敏电阻的最大特点是当加在它上面的电压低于它的阀值UN时,流过它的电流极小,相当于一只关死的阀门,当电压超过UN时,流过它的电流激增,相当于阀门打开。利用这一功能,可以抑制电路中经常出现的异常过电压,保护电路免受过电压的损害。

  这个小东西大家可不要小看它。尽管平时没什么用,不过当电源输入端发生异常、电压过高超过阈值时,压敏电阻就会形成通路,另串联其上的保险丝自我熔断切断电路,从而达到避免整个电源烧毁的目的,暨将损失减少至最低。

  在电源原理部分我们提到过,在市电转换到稳定的直流电过程中,有一部是交流电转变为脉冲直流电,通过四个二极管封装在一起,厂商便能较为简单的制造出电源的全桥部分。不过这个简单的部分有一定得限制,其最低耐压程度不低于700V。

  开关三极管可是整个开关电源的核心枢纽,它的主要作用就是把直流电送到开关变压器上。由于此元件的重要位置,一般可以这么理解:一个计算机电源的好坏至少50%都是看这个三极管的质量。而且,计算机电源的寿命基本上就是开关三极管的寿命了,暨8个小时。

  近些年,随着CPU供电和显卡功率的激增,当年的开关三极管慢慢的无法适应新ATX标准对电源输出电流的要求。与传统开关三极管相比,MOS管采用电压控制,尽管价格价高,但比三极管损耗小,使用寿命更长。另外,MOS管在高频高速的开关电源电路中,更适合对大电流的控制。现在已经被诸多电源厂商普遍使用。

  开关变压器非常的明显,就位于三个散热片之间的那团金属线包,这个变压器就是用来把高压降为低压的。不知道大家还记得高中的物理课程上讲过的电学知识吗?一个变压器的转换比例主要是由线圈的匝数来决定的。匝数越多,开关变压器转换能量越多,输出的电流电压也越稳定,电源整体质量也越好。显而易见,较多的匝数等于较好的质量,也就意味着较多的制造成本(材料用的多),因此一个好的ATX电源,一定是一个分量十足的电源。

  控制/保护电路是一个很奇妙的东西,就像是保险一样。就算是没有它,整个电源依旧可以工作,不过也就仅限于基本的工作了。这个部分就好比是电源的大脑一样,它负责启动电源并进行电压检测和即时调整,当电网的供电不稳定出现短路、断路、过压、过流、欠压、欠流等不正常情况的时候,控制电路都会进行调整以及保护电源本身。如果使用了一款劣质的电源,其中基本是没有保护电路的,那么在一些特殊的环境,比如说夏天开启空调的时候,等待着计算机将是不断重启与数据丢失的命运。

  看到这里,大家可能会笑了。怎么说着说着电器元件,又扯到电源风扇身上了?不过大家不妨反过来想一想,如果电源风扇真的可有可无,诸多厂家干嘛还多此一举安装上它,这不是增加无谓的成本吗?其实,电源风扇的确是开关电源不可缺少的一部分。由于,开关电源的设计目的,非常的限制整体的体积,而开关电源本身也是一个载电设备,其产生的热量不但不可忽视,更是时时刻刻影响着整个开关电源的转换效率。当前最高的ATX 12V 2.3标准中,规定的电源的转换率也只能达到80%,这意味着每当大家使用1度电,其中的20%是作为热量被消耗掉的,并没有被计算机使用。因此这些热量不断聚集,如果不即时排出电源外,将直接缩短电源寿命,甚至烧毁其中的元器件。

  因此,如此重要的电源风扇也存在着质量上的区别,当打开开关电源后,很明显的能看到内部有两块较大的散热片,它上面的大功率管的性能和极限参数也是直接影响到电源的安全承载功率和整套产品的成本。电源的风扇轴承也有着参差的差别,静音、稳速、耐用也成为了区分风扇的几个标准。

  在笔者身边有不少朋友,尽管浸淫IT领域多年,甚至不少大学就是专业学这行的,不过提起计算机硬件上的一些术语,依然是一头雾水。其实这也是一个普遍现象,因为计算机的本质依然是半导体元器件,所以其中诸多指标和术语也是沿袭了电子电工领域的传统。

  而开关电源,甚至根本就是一个电气设备,所以其中也有不少令人感到迷惑的术语。诸多厂商也经常利用这些特别的词汇来进行广告宣传,甚至其中有一些“山寨老板”还故弄玄虚、混淆视听来以次充好。因此,在这一章,笔者就特别为大家介绍一下开关电源中常见的一些技术名词与术语,以便在日后的电源选购中不会被劣质标识欺骗,立于主动的地位。

  有过装机经验的朋友应该知道,尽管从市电连接开关电源只使用一根线,不过电源连接到主板、硬盘、显卡等硬件却需要很多根线了。这是因为计算机中各个部件虽然都使用低压直流电,但是不同的硬件却需要不同的电压和电流。这里,我们就细分下一下ATX电源中,各个电源输出的规格及其作用。

  +3.3V:最早在ATX结构中提出,现在基本上所有的新款电源都设有这一路输出。而在AT/PSII电源上没有这一路输出。以前电源供应的最低电压为+5V,提供给主板、CPU、内存、各种板卡等,从第二代奔腾芯片开始,由于CPU的运算速度越来越快,INTEL公司为了降低能耗,把CPU的电压降到了3.3V以下,为了减少主板产生热量和节省能源,现在的电源直接提供3.3V电压,经主板变换后用于驱动CPU、内存等电路。

  +5V:目前用于驱动除磁盘、光盘驱动器马达以外的大部分电路,包括磁盘、光盘驱动器的控制电路。

  +12V:用于驱动磁盘驱动器马达、冷却风扇,或通过主板的总线槽来驱动其它板卡。在P4系统中,由于P4处理器能能源的需求很大,电源专门增加了一个4PIN的插头,提供+12V电压给主板,经主板变换后提供给CPU和其它电路。所以P4结构的电源+12V输出较大,P4结构电源也称为ATX12V。

  -12V:主要用于某些串口电路,其放大电路需要用到+12V和-12V,通常输出小于1A。

  -5V:在较早的PC中用于软驱控制器及某些ISA总线板卡电路,通常输出电流小于1A.。在许多新系统中已经不再使用-5V电压,现在的某些形式电源如SFX, FLEX ATX 一般不再提供。

  -5V输出。在INTEL发布的最新的ATX12V 1.3版本中,已经明确取消了-5V的输出。

  最早在ATX提出,在系统关闭后,保留一个+5V的等待电压,用于电源及系统的唤醒服务。以前的PSII、AT电源都是采用机械式开关来开机关机,从ATX开始(包括SFX)不再使用机械式开关来开机关机,而是通过键盘或按钮给主板一个开机关机信号,由主板通知电源关闭或打开。由于+5V Stand-by是一个单独的电源电路,只要有输入电压,+5VSB就存在,这样就使电脑能实现远程Modem唤醒或网络唤醒功能。最早的ATX1.0版只要求+5VSB达到0.1A,随着CPU及主板的功能提高,+5VSB 0.1A已不能满足系统的要求,所以INTEL公司在ATX2.01版提出+5VSB不低于0.72A。随着互联网应用的不断深入,一些系统要求+5VSB提供2A、3A,甚至更大的电流输出,以保障系统功能的实现,因此对电源提出了更高的设计要求。

  我们现在使用的电源输出插头,基本上分为20PIN主板电源接口、24PIN主板电源接口、4pin D型电源接口、SATA电源接口、6PIN电源接口、4PIN ATX 12v电源接口。尽管接口不同,但其实每个接口中会根据需求不同,将不同颜色的电线连接进去。

  红色线VDC输出,用于驱动除磁盘、光盘驱动器马达以外的大部分电路,包括磁盘、光盘驱动器的控制电路,在传统上CPU、内存、板卡的供电也都由+5VDC供给,但进入PII时代后,这些设备的供电需求越来越大,导致+5VDC电流过大,所以新的电源标准将其部分功能转移到其他输出上,在最新的Intel ATX12V 2.2版本加强了+5V的供电能力,加强双核CPU的供电。它的电源质量的好坏,直接关系着计算机的系统稳定性。

  黄色线VDC输出,用于驱动磁盘驱动器马达、冷却风扇,或通过主板的总线槽来驱动其它板卡。在最新的P4系统中,由于P4处理器能源的需求很大,电源专门增加了一个4PIN的插头,提供+12V电压给主板,经主板变换后提供给CPU和其它电路而不再使用+5VDC,所以P4结构的电源+12V输出较大。如果+12V的电压输出不正常时,常会造成硬盘、光驱、软驱的读盘性能不稳定。当电压偏低时,表现为光驱挑盘严重,硬盘的逻辑坏道增加,经常出现坏道,系统容易死机,无法正常使用。偏高时,光驱的转速过高,容易出现失控现象,较易出现炸盘现象,硬盘表现为失速,飞转。随着加入了CPU和PCI-E显卡供电成分,+12V的作用在电源里举足轻重。目前,如果+12V供电短缺直接会影响PCI-E显卡性能,并且影响到CPU,直接造成死机。

  橙色线VDC输出,是ATX电源设置为内存提供的电源。以前AT电源供应的最低电压为+5V,提供给主板、CPU、内存、各种板卡等,从PII时代开始,INTEL公司为了降低能耗,把CPU、内存等的电压降到了3.3V以下。在新的24pin主接口电源中,着重加强了+3.3V供电。该电压要求严格,输出稳定,纹波系数要小,输出电流大,要20安培以上。一些中高档次的主板为了安全都采用大功率场管控制内存的电源供应,不过也会因为内存插反而把这个管子烧毁。使用+2.5V DDR内存和+1.8V DDR2内存的平台,主板上都安装了电压变换电路。

  白色线V是为逻辑电路提供判断电平的,需要的电流很小,一般不会影响系统正常工作,出现故障机率很小,在较早的PC中用于软驱控制器及某些ISA总线板卡电路.。在许多新系统中已经不再使用-5V电压,现在的某些形式电源一般不再提供-5V输出。-在INTEL发布的标准ATX12V 1.3版本中,已经明确取消了-5V的输出,但大多数电源为了保持向上兼容,还是有这条输出线VDC输出,是为串口提供逻辑判断电平,需要电流较小,一般在1安培以下,即使电压偏差较大,也不会造成故障,因为逻辑电平的0电平为-3到-15V,有很宽的范围。在目前的主板设计上也几乎已经不使用这个输出,而通过对+12VDC的转换获得需要的电流。

  紫色线V StandBy,最早在ATX提出,通过PIN9向主板提供+5V 720MA的电源,在系统关闭后,保留一个+5V的等待电压,用于电源及系统的唤醒服务。这个电源为WOL(Wake-up On Lan)和开机电路,USB接口等电路提供电源。如果你不使用网络唤醒等功能时,请将此类功能关闭,跳线去除,可以避免这些设备从+5VSB供电端分取电流。这路输出的供电质量,直接影响到了电脑待机是的功耗,与我们的电费直接挂钩。

  :PS-ON(电源开关端)通过电平来控制电源的开启。当该端口的信号电平大于1.8V时,主电源为关;如果信号电平为低于1.8V时,主电源为开。使用万用表测试该脚的输出信号电平,一般为4V左右。因为该脚输出的电压为信号电平。这里介绍一个初步判断电源好坏的土办法:使用金属丝短接绿色端口和任意一条黑色端口,如果电源无反应,表示该电源损坏。现在的电源很多加入了保护电路,短接电源后判断没有额外负载,会自动关闭。因此大家需要仔细观察电源一瞬间的启动。

  :PG(POWER-GOOD电源信号线)一般情况下,灰色线V以上,那么这个电源就可以正常使用;如果PS的输出在1V以下时,这个电源将不能保证系统的正常工作,必须被更换。这也是判断电源寿命及是否合格的主要手段之一。黑色:地线。

  很明显,要考量一个电源的功率支持能力,最主要就是要看红色、黄色、橙色三条线的最大输出能力。

  电源功率提起功率,大家都知道P=UI(功率=电压*电流)这个公式,不过如果把这个套路照搬在电源上的的话,往往会出现令人匪夷所思的结果。不信的线%会有自己捡了大便宜的感觉。不错,因为如果将各路直流输出的电压乘以电流,再累加到一起的话,得到的值肯定是要大于额定输出功率好多,甚至可能超出了铭牌标识的最大输出功率。

  出现这种情况,其实原因很简单,因为ATX电源的各路输出是不可能同时达到标称的最大输出电流的。因此当我们在电源的铭牌上看到诸如“+5V&+3.3V:235W,+5V、+3.3V&+12V:380W”这样的字样的时候也不要感到奇怪。这就是告诉我们,+5V和+3.3的最大联合输出为235W,+3.3V和+12V最大联合输出为380W。所以,如果我们只是单纯的累加求和的线元的电源的感觉,自然是一阵窃喜了。正是由于这个原因,所以电源的额定功率并没有一个具体的计算公式。电源额定功率的标定往往采用交叉负载测试的方式,暨通过检测电源的各路主电压的负载压降和纹波系数来得出各路输出电压的最大电流的。听着比较复杂,其实真正操作起来并没有很大困难。基本的方法便是在实验室中,让电源的每一路都输出不超过该路的最大电流,然后逐渐减小其负载的电阻(使用类似滑动变阻器的设备),同时监测该路的负载降压和纹波系数。当上述两种参数的改变超出允许范围时(这个范围由ATX标准规定),记录此时的电流值最为最大工作电流。由于电压都是固定的,因此乘以每路的最大工作电流便能得到一个输出功率(P=UI),最后将每一路的功率求和便是该电源的额定输出功率了。

  在一般情况下,我们经常听到电脑城中的店家所说的电源的功率都是指额定输出功率,不过除了额定,电源中还有最大输出功率和峰值功率。随着PCI-E后大量电老虎显卡的出现,如果只是关注额定功率的电源,那么迟早会面临电脑频繁重启的恼人境地。所以,在挑选电源的时候最大输出功率和峰值功率也是考虑的要素之一。

  最大输出功率--望文生义--这个功率的数值一定是大于额定功率的,以TT德KK500A为例,该电源的额定功率是400W,最大输出功率就是500W。所以,当计算机发生由于某个时段任务量过大,运算量提升而导致的短暂功率的情况上,最大输出功率便能即时的超载供电,最为缓冲,让计算机不至于发生死机重启等情况。

  而峰值功率一般是指电源短时间内能提供的功率。因为电源不能长时间工作在这种极端的状态下,所以一般这个时间不会超过30秒。比如当我们平时开机时,各个硬件由于自检都会全速运行一段时间,特别是硬盘光驱这种有机械部件的设备,在刚启动所需要的电流要远大于正常水平,这时候就需要电源保持一个短暂的高负荷输出。不过峰值功率一般不会被标出,大家也不必过于担心,只要额定功率与最大输出功率达到标准,一般不会在这个地方出问题。

  经常关注硬件信息的朋友,应该对这个词并不陌生,其实在电源上,PIN就是针脚的意思。比如我们在上文中提到的,TT KK 500A这款电源就有着24PIN的主板电源接口,4PIN的CPU供电接口,6PIN的显卡供电接口。

  这里有个ATX的标准改动,暨使用ATX 2.03标准的电源,都采用的是20 PIN的主版电源接口,而符合ATX 12V 2.0标准的电源,使用的是24 PIN的主板电源接口。其中使用20Pin接口的主板能够很好的兼容使用24PIN接口的电源产品,但是24PIN接口的主板却在兼容20PIN电源时表现的不是那么完美。因为使用新标准的主板供电需求更大,而且当大家进行超频时,20PIN接口的供电时不能完成这是的功率需求的。

  另外,除了主板24PIN的改变,新版的电源上还有SATA供电接口。SATA硬盘一般有着两种电源接口,一种是以希捷为代表的厂商所支持的SATA电源接口,另一种就是以西部数据为主导的厂商所采用的SATA电源接口与4PIN D形接口。

  噪音和滤波系数噪音和滤波普通用户无法进行检测,这项指标需要专业的检测结构才能用特殊的仪器进行量化判断,噪音指的是220V交流电经过开关电源的滤波和稳压变换成各种低压直流电时,输出直流电的平滑程度;而滤波品质的高低也直接关系到输出直流电中交流分量的高低,这里使用了一个波纹系数进行衡量,系数越小,品质越高。同时,当电流发生较大变动时,容量适当、品质优良的滤波电容也直接关系到电压的稳定程度。

  体积在这个反应能力,我们要先说说浪涌这个概念。浪涌主要指的是电源刚开通的那一瞬息产生的强力脉冲,或电源其它部分受到本身或外来的脉冲干扰叫做浪涌。它很可能使电路在浪涌的一瞬间烧坏,如PN结电容击穿,电阻烧断等等。而浪涌保护就是利用非线性元器件对高频电流(浪涌)敏感的保护电路,简单而常用的解决方案就是并联大小电容和串联电感。

  所以,当输入电压在瞬间发生较大的变化,比如突然数台空调压缩器启动时,电源能否在极短内稳定输出电压就是衡量反应能力的标准,较好的电源在一瞬电压不稳的环境中依然能正常工作,较差的就会发生自动重启事件。

  UPS(不间断供电系统)提起这个东西大家可能比较陌生,因为这个东西一般属于服务器级的设备被广泛用于数据中心而被普通用户所生疏。不过,UPS也有民用级别的。笔者就曾在大学期间购买过一个小型的UPS来预防寝室夏季的经常性断电。尽管名字起的很专业,不过UPS的本质就是一块蓄电池罢了。当电网断电后,UPS会自动切换至供电模式以保证计算机的不间断运行,不过由于是即时切换的,因此也需要一个切换的时间,一般来说,这段时间为2-10毫秒。

  不过计算机是一个电器设备,作为以电力为动力的东西是一分一秒都不能间断电源供应的。所以,为了避免在UPS切换时发生计算机断电关机、重启的现象,开关电源是能够储能元件中储存的电量来维持短暂的供电的。为了平稳度过UPS切换期间的正常供电,一般优质的电源能保持12-18毫秒的输出时间,这个时间就被称作电压保持时间。

  由于开关电源的工作方式是交流直流转化,高压低压变压,所以其不可避免的会生成较强的电磁振荡和类似无线电波的对外辐射特性。尽管其辐射量对人体没有太大危害(相当于1/10的手机辐射量),不过也会对其它的通信设备发生影响。因此,国家有严格的规定,开关电源一般要使用铁盒包裹,并靠机箱壳体进行两次屏蔽。不过因为有通风口的设计,不是密封,所以泄露也是在所难免的。由于辐射属于非可见光,看不见摸不到的,所以必须有专门的标准来要求电源的辐射量不超标。国际上常见的FFC就有着A和B两种标准,在国内也有国标A(工业级)和国标B(家用电器级)标准,一般合格的电源都符合国标B级标准要求。

  既然意识到有了电磁干扰,自然开关电源中也会设计出足以抵抗这些干扰的部件,防止影响电源内部的工作。这便是EMI滤波器的由来。它主要作用是滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰,同时也起到减少开关电源本身对外界的电磁干扰。实际上它是利电感和电容的特性,使频率为50Hz左右的交流电可以顺利通过滤波器,但高于50Hz以上的高频干扰杂波被滤波器滤除,所以它又有另外一种名称,将EMI滤波器称为低通滤波器(彩电上的称法),其意义为,低频可以通过,而高频则被滤除。下面是EMI滤波电路的线路图:

  在优质电源中,都有两道EMI滤波电路,其中一路在电源插座处,另外一路在电源的PCB板上(也有把两道EMI滤波电路都做在PCB板上的情况),这两道EMI电路,可以很好地滤除电网中的高频杂波和同相干扰电流,同时把电源中产生的电磁辐射削减到最低限度,使泄漏到电源外的电磁辐射量不至于对人体或其它设备造成不良影响。劣质电源通常会省去第一级EMI滤波电路,甚至连第二级EMI滤波电路也省掉。

  开机延时在P4 CPU被广泛使用后,由于其功率较大,要求电流输入标准也较高,因此其后的电源都会被设计具有开机延时功能。这项技术的意义在于,在电源接通之初到提供稳定的输出必然需要一定时间的稳定周期,在这个周期中电压的稳定度很难保证,所以电源设计者让电源延时100-500毫秒,等电源稳定后再向电脑提供高质量的电源。这样,不但对整套计算机系统的稳定有着明显的效果,更为今后CPU供电方式指明了方向。

  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0.7~0.8,它一般在高压滤波电容附近。

  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。

  电源效率和电源设计线路有着密切的关系,一款高效率的电源可以提升电能的使用效率,也同时在一定程度上降低电源自身的功耗和发热量。ATX 12 2.3规定,电源的转化率要达到80%,这相比于以往的69%的转化率已经有了明显的进步。不过在当前的材料使用和制作工艺,80%的电源效率基本上已经达到了计算机开关电源的瓶颈,很难再有提高了。

  一般的电源工作时间为8小时,质量较好的能再多20000-50000小时,比如笔者的电源就使用了5年,在全套硬件中是最后才更换的。

  80plus是一项能源效率认证,它指出电源供应器不论是在20%、50%或100%的负载下皆能发挥至少80%的使用效能,有效的将电源供应器转换电压时浪费的电力减至20%以下,并且是具备超过90%功率因数的高效能机种。目前为止,美国己有八个州的电力及能源效率计划陆续加入80plus系统,由此致力於提升桌上型及伺服器电脑的效能以减少不必要的额外成本。

  其实早在2004年3月,为了让电脑的电源能够尽可能高效的将交流电转换为多路纯净的直流电输出,在ACEEE大会上80 PLUS的概念被首次提出。随即到了2005年2月,Seasonic已经发布了史上第一款经过80 PLUS认证的电源。而紧接着次年,能源之星便要求将80 PLUS规范加入到能源之星4.0的标准中来。当2007年7月20日,能源之星4.0规范开始正式生效时,80 PLUS已经在品牌机中开始流行起来。而到了2007年12月,市面上甚至已经有超过200款电源支持80 PLUS规范。

  就像AT标准不单单是规定电源一样,SLI Ready认证也并不是电源产品所特有的,主板、内存、显卡等都有这个认证。SLI Ready认证由nVidia颁发。总所周知,要完美实现SLI的话电源的功率和内部设计都有很高的要求。一般来说,能够获得SLI认证的电源一般都能够很好地支持玩家实现SLI功能。目前能够获得这个认证的产品同样相当少,全部都集中在高端电源中,所以这个标志并不能算是常见,不过以今后的发展趋势来看,这也是十分重要。

  中国节能认证是由中国节能产品认证中心颁发的,对于电源产品节能性能方面有一定的反映。随着节能环保的概念越来越受到用户的关注,通过该认证的产品同样会受到用户的青睐。而这个标志最常见的地方,应该属我们的三大家电之一--电冰箱了。

  RoHS是由欧盟立法制定的一项强制性标准,它的全称是《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》(Restriction of Hazardous Substances)。该标准于2006年7月1日开始正式实施,主要用于规范电子电气产品的材料及工艺标准,使之更加有利于人体健康及环境保护。该标准的目的在于消除电机电子产品中的铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚共6项物质,并重点规定了铅的含量不能超过0.1%。同样是环保的重要标志,在今后将受到越来越多的关注和重视。

  3C认证使我们最常见的一个标志,普遍存在于我们所购买的所有电子产品上。所谓3C认证,就是中国强制性产品认证制度,英文名称China Compulsory Certification,英文缩写CCC,全称为“中国国家强制性产品认证”,它是中国政府为保护消费者人身安全和国家安全、加强产品质量管理、依照法律法规实施的一种产品合格评定制度。不过值得一提的是,3C标志并不是质量标志,而只是一种最基础的安全认证。目前市面上除了小部分国外品牌的产品外,基本上所有在中国销售的电源都具有3C认证。不过正是由于其采用的标准时最低的,所以这个标志也普遍存在于假冒伪劣电源之上。尽管我们可以通过该标志的编号到中国质量认证中心查询电源的生产厂商,不过还是不能将其当做是检验质量的唯一标准。

  CE,其实是从法语“CommunateEuroppene”缩写而成的,它的意思就是欧盟。CE标志是一种安全认证标志,性质有点类似于“欧洲的3C”,凡是贴有“CE”标志的产品就可在欧盟各成员国内销售,无须符合每个成员国的要求,从而实现了商品在欧盟成员国范围内的自由流通。国内的电源也普遍通过着这个认证,很多电源的铭牌上都能看到它。

  虽然各种认证对于我们选购电源产品的时候能够有一定的指导作用,但是笔者必须提醒大家的是各种认证只能作为一种参考,特别是安全规格认证。不同的国家和地区都会有相应的安全规格标准,各个厂家会根据自己产品的销售区域,产品定位等有选择地进行安全规格认证。因此没有获得某个特定的认证并不是指这个产品在规格上没有达到标准。因此大家在选购电源的时候也不必过分执着于这些认证标准,只要符合自己本地的基本要求就可以。

  之前笔者介绍了如此之多的开关电源知识,无非就是希望感兴趣的读者对它能有更多一份的了解。当然,更多的朋友还是抱着实用主义的精神:我不需要知道它是怎样工作地,我只需要让他好好工作就可以了。的确,在当今PC-DIY就像拼乐高积木一样模块化的今天,我们要想让电源好好地完成它的使命,只要买一款质优价廉的好电源就行了。那么下面,就让我们一起来看看,怎样才能挑选一款优秀的电源?

  首先是重量不能太轻,一颗电源无论使用何种线路来设计,它的重量都不可能太轻,依照目前的制作方式,瓦数越大,重量应该越重。尤其是一些通过安全标准的电源,会额外增加一些电路板零组件,以增进安全稳定度。当然重量自然会有所增加。其次是内部电子零件密度,计算机电源的设计定律会额外增加一些电路板零组件,以增进安全稳定,所以在整颗电源体积不变的情况下,塞入更多的东西会让电源中的密度增加,在购买时,你可以从散热孔看出电源的整体结构是否紧凑。

  打开外包装,你就可以看到电源的外壳。如何判断其选材?在电源外壳机壳钢材的选材上,计算机电源的标准厚度有两种,0.8MM和0.6MM,使用的材质也不相同,用指甲在外壳上刮几下,如果出现刮痕,说明钢材品质较差,如果没有任何痕迹,说明钢材品质不错。

  电源所使用的线材粗细,与它的耐用度有很大的关系。较细的线材,长时间使用,常常会因过热而烧毁。另外电源外壳上面或多或少都有散热孔,电源在工作的过程中,温度会不断升高,除了通过电源内附的风扇散热外,散热孔也是加大空气对流的重要设施。原则上电源的散热孔面积要越大越好,但是要注意散热孔的位置,位置放对才能使电源内部的热气及早排出。

  电源的关键部位是变压器,简单的判断方法是看变压器的大小。一般变压器的位置是在两片散热片当中,根据常理判断,250W电源的变压器线MM,可以用一根直尺在外部测量其长度,就可以知道其用料实不实在。电流经过变压器之后,通过整流输出线圈输出。在电流输出端,可以看到整流输出线圈,多半厂商使用代号为10262和130626两种,250W电源的整流输出线的整流输出线W的电源的整流输出线的整流输出线圈。在电源中直立电容的旁边,会有一个黑色的桥式整流器,有的则是使用4个二级管代替。就稳定性而言,桥式整流器的电源的稳定性要好一些。

  风扇在电源工作过程中,对于配置的散热起着重要的作用。笔者使用的是技展350PX电源,该电源采用双风扇设计,即在进风口加装了一台8公分风扇,使空气流动速度加快。而基于双风扇设计,必然会使电源内部受热量加大、增大噪音的问题,该款电源一是两个风扇均用高灵敏度温控低音风扇,风扇所带热敏二极管可根据机箱和电源内的不同温度来调节风扇的转速,二是加大进风口的进风,使电源入口风扇与出口风扇以不同速度运转,保证电源内部自身产生的热空气和由机箱内抽入的热空气都及时排出,用了这么长时间,感觉效果还不错。

  在电源的设计制造中,安全规格是非常重要的一环。为了防止电流过大造成烧毁,电源都设置有保险丝。保险丝的主要工作,就是当电流突然过大时,保险丝先行烧毁,只要更换保险丝就能继续使用该电源,所以保险丝的安置方式非常重要,必需设计成可更换式,现在有一些厂家为了节约成本,将保险丝直接焊在电源的PCB(印刷电路板)上,保险丝一旦烧毁,整颗电源就一起报废。好的电源多采用防火材质的PCB,消费者在购买电源时,可以透过散热孔仔细找一下这个电源的PCB是否使用防火材质。一般使用编号94V0的防火材质,可以耐105度的高温。至于采用94V1的防火材质,可以忍耐的温度就更高了。另外在电源每个零件外面必需加上热收缩膜进行保护,防止电子零件因为水分或是灰尘造成短路。如果没有,很容易出现故障。

  而对于那些对计算机略知一二但只是皮毛的朋友来说,当他们把过多的注意力放在了显卡、CPU、主板、显示器的时候,更多的时候却忽略了电源这重要的“细枝末节”。原因很简单,大家都知道CPU的强劲能赐予我们飞快的速度,卓越的显卡能给予我们炫目的游戏,甚至一款灵敏顺手的鼠标都能带来不同以往的使用体验。但是,一个系统重要的部分往往是那些勤勤恳恳、默默无闻的幕后英雄。而电源,才是这“美妙机器”的心脏部分。

  选择一款质量优秀的电源,不但是对整个计算机的寿命负责,更是对自己的时间负责。试想一下,如果在正常使用时,却经常费心于修理各种因为电源不佳而导致的故障,这种事情又怎能不让人火大呢?也许我们会频繁的更换手机,但我们却不会经常更换SIM卡;也许我们一生之中会买三四辆汽车,但我们却总是只买一套住房;也许我两年会换三块显卡,但是我其中也只是使用同一块电源。很多时候,一样物品的优秀更多在于其稳定的特性,而不是炫目的功能。

  开关电源,正是计算机整体如此重要的一部分。如果电脑有生命的话,相信它也会大叫:“我的活力,来自于我那颗永远年轻的心!”

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