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电源关键技术学习

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发表于 2011-10-21 16:23:00 |只看该作者 |倒序浏览


                   对于“ATX电源规范”,我们每次都能在电源产品上看到它,这个规范又是怎么个回事儿呢?我们可以从ATX电源规范的几次重要变化中看出个端倪。
         

                   ● ATX电源规范的诞生
         

                   实际上,“ATX规范”是1995年Intel公司制定的新的主机板结构标准,是英文(AT Extend)的缩写,可以翻译为AT扩展标准,而ATX电源就是根据这一规格设计的电源。与AT电源相比,ATX电源外形尺寸并没有多大变化,其与AT电源最显著的区别是,前者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。ATX类电源总共有六路输出,分别是+5V、-5V、+12V、-12V、+3.3V及+5Vsb。
         

                   ● ATX电源规范的几次重要版本变更
         

                   从P4开始,为了解决P4处理器的高功耗问题,电源规范开始使用ATX 12V 1.0版本,开始使用高负载性更强的+12V电压为CPU供电,首次为CPU增加了单独的4Pin电源接口,此外,ATX 12V 1.0规范还对涌浪电流峰值、滤波电容的容量、保护电路等做出了相应规定,确保了电源的稳定性。
         

                   而到了2003年4月,Intel发布了新的ATX 12V 1.3规范。新规范特意制定了单路+12V输出不得大于240VA的限制。并且ATX 12V 1.3规范中还规定了电源的满载转换效率必须达到68%以上,因此电源厂商必须通过加装PFC电路来实现。
         

                   2005年,随着PCI-Express的出现,带动显卡对供电的需求,因此Intel推出了电源ATX 12V 2.0规范。Intel采用双+12V输出的方式,来解决大功耗显卡问题。其中一路+12V仍然为CPU提供专门的供电输出,而另一路+12V输出则为主板和PCI-E显卡供电,因此主板电源接口也从原来的20针增加到24针。并且要求电源满载转换效率的标准提升至80%以上。
         

                   在此之后,Intel又发布了2.01、2.03等多个版本,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,此版本并没有太大变化,主要是进一步提高了最大供电功率。直到2007年2007年4月ATX 12V 2.3的出现,其主要是针对硬件升级以及双核、多核处理器的功耗改变。
         

                   ● 全新变化的ATX 12V 2.3版本
         

                   这里要着重介绍一下ATX 12V 2.3版本,因为在此版本中出现了一些前所未有的新规定。 在300W以下的电源不再有双路+12V输出设计,主要是因为用户的配置进行设计,想比之前的设计更节能。
         

                   而300W以上的电源对于+12V输出重新定义,2.3标准中的+12V1输出能力得到了提升,+12V2输出能力则下降了,为了适合新主板和显卡的设计,也由此直接反映出显卡功耗不断提升与CPU功耗持续下降“鲜明”反差的特点。
         

                   同时,首次建议各大电源生产厂进行节能设计,建议电源在20%、50%和100%负载下转换效率都达到80%以上,而功率因数则需要大于或等于0.9。这也是美国强制实施的80PLUS计划,对于电源的设计和成本都是比较大的挑战。
         

                   此外,2.3版本电源更加强调了环保要求。在2.3版电源规范中,对于RoHS标准进行了重点强调说明,其中特别提及了欧盟、中国对于该标准的关注,这是以前2.2版电源规范中没有的内容。说明了环保将是未来电源发展的重要方向,尤其是对环境或者人体可能产生危害的物质将会得到更有效的控制。
         

                   ● 选购原则
         

                   因此,在选购电源的时候,我们最好应该尽量选择更高规范版本的电源。首先高规范版本的电源范的+12V、+5V、+3.3V等输出的功率分配通常更适合当前计算机配件的功率需求。当然,也有例外的时候,比如一套旧的系统,并且恰恰是显卡功耗小于CPU时,选择上代的ATX12V 2.2版反而更适合一些。
         

                   另外,我们从上述的版本变化中可以看出,每次变化都是Intel在牵头,根据自己CPU产品的发展状况以及耗电情况来“勒令”其他配件厂商(除显卡、内存、硬盘外),被动改变自己的产品类型,因此如果哪家厂商先摸到Intel下步要出什么牌,谁就能占到市场的先机。因此我们再选购时也应该注意到Intel这个行业巨头又有哪些动向,以免出现产品到手后不久就被淘汰的尴尬局面。
         

                   在ATX电源规范版本的更迭中,Intel除了比较“照顾”自己之外,但还是很有责任意识地让电源厂商增强能源的环保意识。因此在刚才的ATX电源规范中,我们得知在ATX 12V 1.3版本中就提出了PFC设计,而在市场上我们也经常听到主动式PFC、被动式PFC的名词,到底“PFC”什么意思呢?又有哪些重要作用呢?
         

                   ● 什么是PFC呢?
         

                   “PFC”的英文全称为“Power Factor Correction”,意思是“功率因数校正”,功率因数指的是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值,说白了就是来表征电子产品对电能的利用效率。功率因数越高,说明电能的利用效率越高。 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
         

                   被动式PFC简单的来说,是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。也就说被动式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,由于电能利用率(70%至80%)不是很高,而造成能源的大量浪费。
         

                   而主动式PFC则由电感、开关管及IC芯片组成,体积小、通过专用集成电路去调整电流的波形,进行校正。因此主动式PFC可以达到较高的功率因数,通常可达0.98(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更平滑,这种电源不必采用很大容量的滤波电容。
         

                   ● 主动式PFC的优势
         

                   现今在市场上,中高端电源多采用“双管正激+主动PFC的电路”拓朴方案,听起来有些不好理解,但我们只需要知道主动PFC电路相比起被动PFC电路来说,是有着自身的一些优势的。
         

                   1. 在电源的转换效率方面,特别是在一些高负载情况下,主动PFC电路表现得更加出色。而这并不意味着,采用被动PFC电路的电源转换效率就一定不高,因为电源的转换效率有很多因素,但采用主动PFC电路更有助于提升电源的转换效率。
         

                   2. 其次主动PFC电路的功率因数高达99%以上,因此对于国家电网的节能还是有非常明显的的帮助,“节能环保,匹夫有责”嘛。
         

                   3. 最后采用主动PFC电路的电源由于少了个大铁块,相比之下还是轻便不少。
         

                   虽然市场上采用主动PFC电路的电源产品逐步增多,但针对入门级用户也就是说在300W左右的电源产品,采用主动PFC电路的产品还是相对较少。其主要因素还是请成本较高。不过相信随着人们环保意识的提高,主动PFC会在市场上显示出其独特的优势来的。
         

                   除了以上主要名词外,还有其他一些名称,比如表示电能转换速度的额定功率、表示电能转换损耗的转换效率、表电能转换品质的输出纹波等等,其重要性也不言而喻,所以笔者就对此尽做些简单的介绍。
         

                   ● 额定功率
         

                   电能转换的速度其实就是电源的额定功率,它的意思是电源在单位时间内能转换出的最大能量,单位是焦耳/秒,功率纯粹代表“量”,不涉及品质的概念。
         

                   ● 转换效率
         

                   电能从220V转换成12V、5V、3.3V伴随着大量的损耗,100瓦进去后出来的可能是60瓦,也可能是80瓦。如果能量转换成60瓦就意味着转换效率是60%,如果是80瓦就是80%,设计越先进,用料越好的电源损耗越低,转换效率就越高,省电能力自然会很强。
         

                   ● 输出电压
         

                   在日常生活中,人体触电是非常危险的,超过220V的电压会使人休克。同理,CPU、内存与主板元件也会“触电丧生”,这就要看电源输出的低压电稳不稳定了。标准电压是12V、5V、3.3V等等,如果电源品质特差,输出的是13V、6V、4.4V,那么电脑硬件也会工作在非标准电压下,短命鬼就此诞生。
         

                   ● 输出纹波
         

                   电流纹波对于普通消费者来说是比较难理解的概念,它代表着电源转化的低压直流电的品质,完美的低压直流应该是非常平滑的波形,但实际上经过电容滤波的直流波形仍旧有小幅波动,这个波动就是纹波。纹波与电压一样代表输出电流的品质,并且纹波往往是两个同样出色的电源的最后裁判。
         
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水……生命之源……灌……
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我就看看,我不说话
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不错不错,收藏了
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读铁系缘分,顶铁系友情
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发表于 2013-2-4 23:20:24 |只看该作者
响应天帅号召,顶
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提醒猪猪,千万不能让你看见
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