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计算机电源

计算机属于弱电产品,也就是说部件的工作电压比较低,一般在正负12伏以内,并且是直流电。而普通的市电为220伏(有些国家为110伏)交流电,不能直接在计算机部件上使用。因此计算机和很多家电一样需要一个电源部分,负责将普通市电转换为计算机可以使用的电压,一般安装在计算机内部。计算机的核心部件工作电压非常低,并且由于计算机工作频率非常高,因此对电源的要求比较高。目前计算机的电源为开关电路,将普通交流电转为直流电,再通过斩波控制电压,将不同的电压分别输出给主板、硬盘、光驱等计算机部件。

功率一般为150W~220W,共有四路输出(土5V、土12V),另向主板提供一个P.G.信号。输出线为两个六芯插座和几个四芯插头,两个六芯插座给主板供电。AT电源采用切断交流电网的方式关机。在ATX电源未出现之前,从286到586计算机由AT电源一统供电。随着ATX电源的普及,AT电源如今渐渐淡出市场。

Intel l997年2月推出ATX 2.01标准,和AT电源相比,其外形尺寸没有变化,主要增加了+3.3V和+5V StandBy两路输出和一个PS---ON信号,输出线改用一个20芯线给主板供电。

随着CPU工作频率的不断提高,为了降低CPU的功耗以减少发热量,需要降低芯片的工作电压,所以,由电源直接提供3.3V输出电压成为必须。+5VStandBy也叫辅助+5V,只要插上220V交流电它就有电压输出。PS---ON信号是主板向电源提供的电平信号,低电平时电源起动,高电平时电源关闭。利用+5V SB和PSON信号,就可以实现软件开关机器、键盘开机、网络唤醒等功能。辅助5V始终是工作的,有些ATX电源在输出插座的下面加了一个开关,可切断交流电源输入,彻底关机。

Micro ATX是Intel在ATX电源之后推出的标准,主要目的是降低成本。其与ATX的显著变化是体积和功率减小了。ATX的体积是150mm×140mm×86mm,Micro ATX的体积是125mm×100mm×63.51mm;ATX的功率在220W左右,Micro ATX的功率是90W~145W。

开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。它们的功能是:

消除来自电网,如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰,同时也防止开关电源产生的高频噪声向电网扩散。

将电网输入电压进行整流滤波,为变换器提供直流电压。

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。

将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压,同时还防止高频噪声对负载的干扰。

检测输出直流电压,并将其与基准电压比较,进行放大。调制振荡器的脉冲宽度,从而控制变换器以保持输出电压的稳定。

当开关电源发生过电压、过电流短路时,保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。

有的读者会产生这样的疑问,先把220V的交流变成了直流,然后通过变换器把直流变成交流,最后又把交流变成直流输出,兜了这么大的一个圈子,干吗不把220V的交流电直接变成所需要的直流呢?其实,交流市电先由电源变压器变压,整流滤波后得到未稳定的直流电压,再经过调整后得到所需要的直流电压,这种电源技术很成熟,可以达到很高的稳定度,波纹电压也很小,而且没有开关电源具有的干扰与噪音。但是它的缺点是需要庞大而笨重的功频变换器,所需的滤波电容的体积和重量也相当大,而且调整管是工作在线性状态,调整管上有一定的电压降,在输出较大工作电流时,致使调整管的功耗太大,转换效率低,还要安装很大的散热片。总之这种电源不适合计算机用。

由于没有工频变压器,所以体积和重量只有线性电源的20~30%。

功率晶体管工作在开关状态,所以晶体管上的功耗小,转化效率高,一般为60~80%,而线性电源只有30~40%。

电压太低计算机无法工作,电压太高会烧坏主板及附属设备。

我们要的是纯净的直流电,交流成分(纹波电压)越小越好,纹波电压高会产生数字电路中不能容忍的杂讯,会让电路做出误动作甚至不工作。

Power Good信号简称P.G.或P.OK信号。该信号是直流输出电压检测信号和交流输入电压检测信号的逻辑,与TTL信号兼容。当电源接通之后,如果交流输入电压在额定工作范围之内,且各路直流输出电压也已达到它们的最低检测电平(+5V输出为4.75V以上),那么经过100ms~500ms的延时,P.G.电路发出“电源正常”的信号(P.OK为高电平)。

Power Fail信号简称P.F信号。当电源交流输入电压降至安全工作范围以下或+5V电压低于4.75V时,电源送出“电源故障”信号。Power Fail应在5V下降至4.75V之前至少1ms降为小于0.3V的低电平,且下降沿的波形应陡峭,无自激振荡现象发生。

P.G.信号非常重要,即使电源的各路直流输出都正常,如果没有P.G.信号,主板还是没法工作。如果P.G.信号的时序不对,可能会造成开不了机。

电源的功率不是越大越好。经测试,一台带Modem卡、网卡、声卡、光驱、硬盘的PⅡ多媒体主机实际功率不足150W,所以不能盲目追求大功率,关键在于电源总体性能和质量,对于普通用户,300W的电源绰绰有余。

但随着PC的迅速发展以及硬件的快速更新及性能升级,电源的功率要求也水涨船高

因为双核乃至4核的普及,性能以及功率远不是老式电脑所能比的,比如市面上比较流行的低端双核E5300,供电时65W左右,而4核新宠Intel I5 750供电则达到了95W,加上游戏不断提高的画面以及高负荷的运算,有些显卡的功率甚至超过了CPU

目前为PC配电源时,一般来说越高端的电脑所需要的电源应在450W以上,而入门级的电脑也应该提升到350W以上,如果外设增多或者还要加装风扇,那么应该多留出空余功率,以防电脑出故障

输入技术指标有输入电源相数、额定输入电压,电压的变化范围、频率、输入电流等。输入电源的额定电压因各国或地区不同而异,我国为220V。开关电源的电压范围比较宽,一般为180V~260V,但是一般的计算机电源都带有115/230V转换开关,以适应不同国家/地区的交流电压。交流输入功率为50Hz或60Hz,在频率变化范围影响开关电源的特性时多为47Hz~63Hz。

开关电源最大输入电流是指输入电压为下限值和输出电压及电流为上限值的输入电流。

额定输入电流是指输入电压、输出电压和输出电流为额定值时的输入电流。

冲击电流是指以规定的时间间隔对输入电压进行通断操作时,输入电流达到稳定状态之前流经的最大瞬时电流。对于开关电源,冲击电流是输入电源接通和其后输出电压上升时流经的电流。它受输入开关能力的限制,峰值电流一般为30A~50A。

随着电脑的普及,做为主机心脏的计算机电源也日益被人们所重视。但现阶段的电源市场鱼龙混杂,一些商家为了寻找卖点,不时抛出一些误导性言论,如“电源功率越大越好、版本越新越好”等,从而形成了一个选购误区。

电源是电脑的心脏,品质不好的电源不但会损坏主板、硬盘等部件,还会缩短电脑的正常使用寿命。当然一款品质优良的电源的售价必定不会便宜,所以有些商家往往会采用便宜电源来蒙骗消费者,而有些用户自己对此并不十分了解,但区区几十元的差价可能会招致上千元的损失,这确实有些不值,所以在选购时要特别注意电源的品质是否优良。

安全标准以保障用户生命和财产安全为出发点,在原材料的绝缘、阻燃等方面作出了严格的规定。符合安全标准的产品,不仅要求产品本身符合安全标准,而且对于制作厂家也要求有较完善的安全生产体系。在这些标准中,以德国基于1EC-380标准制定的VDE-0806标准最为严格。我国的国家标准是GB4943-1995《信息技术设备(包括电气设备)的安全》。电源符合以上标准其安全性就有了保障。电源符合某个国家的安全标准并得到其法定部门颁发的证书,比如获得UL机构颁发的证书,就称为取得了UL认证。中国的安全认证机构是CCC(中国强制认证:China Compulsory Certification)。不管是哪国的安全认证,都对爬电距离、抗电强度、漏电流、温度等方面做出了严格规定。

爬电距离指沿绝缘表面测得的两个导电器件之间或导电器件与设备界面之间的最短距离。UL、CSA和VDE安全标准强调了爬电距离的安全要求,这是为了防止器件间或器件和地之间打火从而威胁到人身安全。

在交流输入线之间或交流输入与机壳之间由零电压加到交流1500V或直流2200V时,不击穿或拉电弧即为合格。

UL和CSA均要求暴露的、不带电的金属部分均应与大地相接。漏电流的测量是通过在这些部分与大地之间接一个1.5千欧的电阻,测其漏电流。开关电源的漏电流,在260V交流输入下,不应超过3.5mA。

安全标准对电器的温度要求很重视,同时要求材料有阻燃性。对开关电源来说,内部温升不应超过65℃,如果环境温度是25℃,电源的元器件的温度应小于90℃。

不符合安全标准的电源在刚开始用时对使用者并没有什么直接的不良影响,但用久了以后,由于潮湿的空气和灰尘的影响可能导致高压区短路,不但造成电源本身损坏,还会对使用者的人身安全造成伤害。

关于电磁兼容(EMC),国际上通用的标准欧盟89/336/EEC指令(即EMC指令)、美国联邦法典CFR 47/FCC Rules等,我国CCC认证标志后带EMC字母的才表示电磁兼容认证,电源应符合民用标准。 开关电源是把工频交流整流为直流后,再通过开关变为高频交流,其后再整流为稳定直流的一种电源,这样就有工频电源的整流波形畸变产生的噪声与开关波形产生的噪声,在输入侧泄漏出去就表现为辐射干扰,在输出侧泄漏出去就表现为纹波。

电磁兼容分为EMI(电磁干扰)和EMS(电磁耐受性)。电磁干扰通过电源线传播,频率为30MHz以下,主要干扰音频频段。由于计算机用开关电源有金属壳作屏蔽,所以主要为传导干扰。传导干扰的大小是衡量计算机电源品质的重要标准,它包括两个方面的含义:一是防止电网上电磁干扰通过电源本身产生的电磁干扰进入电网,影响主机系统正常工作;二是防止主机本身产生的电磁干扰进入电网,影响其它电器。我们在日常工作中可能有这样的经验,在微机开机时,其附近的电器如电视、音响等不能正常使用,这是传导干扰产生的影响。

由于ATX主板的日益流行,ATX电源取代了传统的AT电源成为市场主流,价格也从以前的三百多元降到二百多元。随着市场竞争越来越激烈,有些商家为了追求更高的利润,采用一些价格较低的劣质电源,并自圆其说地抛出些误导性言论,形成了选购误区,让消费者在购买时感到无所适从。

认为辅助5V的输出电流越大越好。其实,有的主板甚至只要0.5A就够了(如果你的电脑在体眠时想用USB鼠标和USB键盘唤醒,那么你的辅助5V至少就要提供1A以上的电流)。辅助5V能提供1A就保证不会有事了。辅助5V因始终处于工作状态一般来说比较容易发生故障,所以它能有一个较长的寿命才是更重要的。

与Pentium Ⅲ配套。这根本就是一个欺骗性的误导,其实电源和电脑主板配套,与CPU没有关系,而Pentium Ⅲ的主板与Pentium Ⅱ的主板在技术上并没有什么区别,只要升级BIOS就行了。可以说,任何一台符合ATX 2.01的ATX电源都可和Pentium Ⅲ配套。

版本越新越好。有商家宣传自己的电源符合最新的Intel ATX 2.03标准,似乎要比别人优越许多。其实从ATX 2.01到ATX 2.03,只是些无关痛痒的修改,就目前来说,满足ATX 2.01标准的电源使用起来不会有问题。

功率越大越好。有些商家向用户吹嘘自己的电源功率能达到350W甚至400W。其实普通的一台多媒体电脑实际功率不足200W,而Intel新推出的Micro ATX标准也只有145W。对于普通用户,300W的电源绰绰有余了。所以说在选购电源的时候没有必要刻意追求电源的功率大小,只要是质量合格的市售电源都可以满足多数用户的需要。

那么怎样才能在这样一个混乱的市场中寻找一款适合自己的电源呢?

A.电源重量。好的电源一般比较重一些。

B.电源输出线。别小看这几根输出线,因为电源盒输出电流一般较大,很小的一点电阻将会产生较大的压降损耗。质量好的电源必定是粗线,当然看线材不能只看外表的粗和细,很多厂商可以把很小的线做成粗的,你要在线上看线号(这个线号是不能做假的,否则过不了安规认证)线上以AWG开头后面写着两个阿拉伯数字,这个数字就是线号。线号越小表示线芯越大,也就是16号线比22号线要好。

从外壳散热窗往里看,质量好的电源采用铝或铜散热片,而且较大、较厚。

选压降小的电源。如果是ATX电源,可以让所有的输出端悬空,先测一下空载输出电压,方法是让PSON(绿色线)与GND(黑色线)短接启动电源,再测一下输出电流约为10A时的电压,压降小者优。上述试验千万不能在+12V、-12V上做,以免烧坏电源。

质量好的电源通电启动后外壳略有麻手感。如果测不出电压则说明内部偷工减料没装滤波网。另外空载运行时风扇声均匀并较小,接上负载在温度略有上升的时候后声音会略有增大。

可以发现质量好的电源用料考究,如多处用方形CBB电容,输入滤波电容值大于470微法,输出滤波电容值也较大。同时内部电感、电容滤波网络电路特多,并有完善的过压、限流保护元器件。

一个质量合格的电源应该通过安全和电磁方面的认证,如满足CCC/TUV/CE/UL(如:GB4943-95《信息技术设备(包括电气事务设备)的安全》;GB9254-88《信息、技术设备的无线电干扰极限值和测量方法》;GB17625.1-2003《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值》)等标准,这些标准的认证标识应在电源的外表上以它们专用的图标标示出来。


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