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| 电源知识大课堂 （ 赛迪网 2002.09.29 12:06:54 本文选自：赛迪网 ） 第一部分 开关电源的基础知识 一、电源的重要性 随着高科技的电脑及相关产品逐渐进入平常百姓家，人们对电脑及相关产品的认识不断深入。对于电脑来讲，最重要的硬件主要有两个：一个是CPU，其作用相当于人的大脑，是电脑的核心；二是电源，其作用相当于人的心脏。如果没有高品质的电源，再好的CPU及其它电脑部件都无法充分稳定的发挥作用，甚至可能对电脑主机造成伤害。 然而在DIY市场，长期以来人们强调的是CPU、主板、显卡等硬件，对电源不太重视，忽略了开关电源的质量对电脑的可靠性、稳定性以及对使用者健康的影响。其实，国际知名品牌电脑厂商对电源非常重视，如IBM等世界名牌电脑的电源采购价高达每台18-25美元，正是源于他们对电源品质的高标准要求。根据统计，电脑故障的40％~60％是由于电源引起，而一台电源只占电脑整机价值的2％--3％，电源选用不当，不但可能烧毁CPU、主板、硬盘，还可能给使用者健康和生命财产安全造成损失，因而有必要重新认识电源的重要性。 二、电源的工作原理 市电进入电源，首先要经过扼流圈和电容，滤除高频杂波和同相干扰信号。然后再经过电感线圈和电容，进一步滤除高频杂波。接下来再经过由4个二极管组成的全桥电路整流（编者注：也有半桥电路），和大容量的滤波电容滤波后，电流才由高压交流电转换为高压直流电。 经过了交直转换后，电流就进入了整个电源最核心的部分－－开关电路。开关电路主要由两个开关管组成，通过它们的轮流导通和截止，便将直流电转换为高频率的脉动直流电。接下来，再送到高频开关变压器上进行降压。 经过高频开关变压器降压后的脉动电压，同样要使用二极管和滤波电容进行整流和滤波，此外还会有1、2个电感线圈与滤波电容一起滤除高频交流成分。 经过上面一系列工序后，输出的的电流，才算真正完成电脑所需要的较为纯净的低压直流电。 三、有关性能参数说明 1、 PG ( POWER GOOD ) 信号 从电源开通那一瞬间起，到电源输出稳定电压需要一定的时间，+5V的爬升时间通常为2ms~20ms。当电源开通后，电源首先会自行检查输出电压是否正常，如果正常，即向CPU发出一个POWER GOOD 信号，意即“我准备好了，您可以开始工作了”。为了保证相互间的衔接，CPU厂商推出CPU时，就PG信号作出了规定，要求电源发出PG信号的时间是在开机后的100~500ms时间内，如果CPU在这个范围内得不到PG信号，就意味着开机失败。 2、 PF( POWER FAIL) 信号 PF信号是指当电源的交流输入电压切断，电源首先给CPU一个持续时间约1ms的POWER FAIL信号，通知CPU电源将马上关闭。PF时间不够容易造成相关设置数据丢失。 3、 保持时间（HOLD UP TIME ） 指在输入电压切断后，电源能继续保持输出的时间，一般为20ms左右，通常不小于16ms，这段时间很重要，一方面使CPU在得到PF信号后有足够时间保存系统设置，使系统下次能正常开机，另一方面使UPS有足够的时间启动，并开始工作。 4、 纹波（RIPPLE ） 和杂讯 （NOISE） 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，我们称之为纹波和杂讯，它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，纹波和杂讯过大可能让CPU产生误判，严重者可能烧坏电脑。 5、 负载调整率 （LOAD REGULATION） 电源负载的变化会引起电源输出的变化，负载增加，输出降低，相反负载减少，输出升高。好的电源负载变化引起的输出变化减到最低，通常指标为3%~5%。 6、 线路调整率 （LINE REGULATION） 指输入电压在最高和最低之间变化（180V~264V）时，输出电压的波动范围，一般为1%~2%。 7、 电源输出（OUTPUT） +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。在最新的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。考虑到系统的兼容性，航嘉SFX系列电源，LW-2145, LW-2146, LW-2156 仍然提供-5V输出。 +5V Stand—By, 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，驰源公司已开发出+5VSB达到6A的电源。 8、 电源的功率 大家都知道，功率等于电压乘以电流，对于有多路输出的电源，功率就等于各路电压乘以电流然后相加。这样计算对不对呢？答案是：对于PSII和AT电源可以这样计算，对于ATX电源则不能这样计算。 下表是航嘉LW-6250电源 (PSII) 输出参数表，我们来看PSII电源功率的计算。
再来看看ATX电源 下表是航嘉LW-3202A P4规格电源输出参数表，
如果我们用PSII、ST电源的方法来计算功率，得出的结论是：52.8+125+156+2.5+9.6+10=355.9W。 可电源标贴上标注的额定功率是250W，因为正确的计算方法是：2.5+9.6+10+240=262.1W,作为ATX电源（包括FLEX, SFX, 等），由于其+3.3V与+5V有最大联合输出功率的限制，所以其功率等于+3.3V与+5V最大联合输出功率再加上其它各标称输出电压与标称输出电流后的乘积。+3.3V与+5V最大联合输出功率总是小于+3.3V与+5V乘以其标称电流之和，所以如果按照PSII或AT电源计算功率的方法来计算ATX电源的功率，就夸大了电源的功率。 9、 一台普通个人电脑所需要的功率消耗
四、开关电源安全标准的主要内容 安全标准是以保障使用者的生命财产安全为出发点，对电子电器产品在原材料的绝缘、阻燃等方面作出了严格的规定。符合安全规格的产品，不仅要求产品本身符合安全标准，也要求生产厂商有完善的安全生产、质量保证体系。我国的国家标准是GB4943-1005《信息技术设备（包括电气设备）的安全》。安全认证主要包括爬电距离、抗电强度、漏电流和温度四方面的要求。 1、爬电距离 指沿绝缘表面测得的两个导电零件之间或导电零件与设备界面之间的最短距离，强调爬电距离是为了防止器件间或器件与地之间打火威胁人身安全。 2、抗电强度 指在交流输入线之间或交流输入与机壳之间将零电压增加到1500V交流或2200V直流时，不击穿或拉电弧。 3、漏电流 通过隔离变压器在电源的火线或零线与易触及的金属之间串接电流表，开关电源的漏电流在260V交流输入下不应超过3.5mA。 4、温度 安全标准对电子电器的求很严，并要求材料有阻燃性，开关电源的内部温升不应超过65℃，比如环境温度是25℃，电源元器件的温度应小于90℃。 5、安规产品与非安规产品的区别 1）经安规认证的产品在元件、材料的绝缘、阻燃等方面进行了严格的规定，但产品是符合安规的并不代表性能的好坏。 2）由于安全认证的申请时间较长，还有严格的限制和要求，象我国的CCEE认证，不仅送检产品本身要符合CCEE标准，同时要求工厂要相对完善（类似ISO9000审核）的品质保证体系，以保证大批量生产时，每一个产品都市符合CCEE的要求；不仅如此，还要接受CCEE机构定期和不定期的质量监督及检查。基于这原因，在申请安全认证时，厂家都会考虑产品本身的完善性和实用性。因为安全认证申请后，不得随意作任何变更、替代或修改，所以相对的讲，安规产品的起点会较非安规产品高出许多。非安规电源，在积尘、潮湿、高温、雷电、震动等情况下、容易出现短路现象，一旦出现短路，非安规电源极易引起火灾，严重影响用户的生命财产安全，所以，世界各国对安规标准执行得非常严格。 五、如何判断电源的功率 单从电源铭牌上的电压电流数据，是无法计算出准确的输出功率的，但我们可以大致判断出输出功率是多少。航嘉系列电源的实际所能达到的功率往往都高于标注功率，如标注功率为250W的航嘉电源通常都能达到300W以上的输出。 1、 ATX 2.03与ATX 12V P4电源的电源标准并非是ATX 2.03，而是ATX 12V。ATX 12V与ATX 2.03的区别是： 1） 加强了+12VDC端的电流输出能力，并对+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。 2） 新增加了P4电源连接线。 3） 加强了+5VSB的电流输出能力。 2、 250W的电源标准 1） 符合ATX 2.03标准的250W电源
2） 符合ATX 12V标准的250W电源
3、 300W的电源标准 1） 符合ATX 2.03标准的300W电源
2） 符合ATX 12V标准的300W电源
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