pc電源基礎(chǔ)知識(shí)講座(編輯修改稿)
2025-09-12 23:52 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 們用光學(xué)轉(zhuǎn)速計(jì)Velleman DTO2234測(cè)量電源風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，用雙通道數(shù)字溫度計(jì)Fluke 54 II測(cè)量電源進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口的溫度差。理想情況下，這兩個(gè)數(shù)值都是低的。如果溫度和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速都很高，那么這個(gè)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)是糟糕的。每個(gè)現(xiàn)代的電源都能調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，除了其初始轉(zhuǎn)速以外(也就是在最小負(fù)載下的轉(zhuǎn)速，當(dāng)PC空閑且顯卡和CPU的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速都處于最低值時(shí)，這個(gè)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了電源的噪音)。轉(zhuǎn)速對(duì)負(fù)載的依賴性存在很大差異。一個(gè)入門(mén)級(jí)的電源往往不用額外的電路控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，而是只用一個(gè)熱敏電阻——轉(zhuǎn)速變化范圍只有1015%，基本上等于沒(méi)有調(diào)節(jié)。很多電源廠商會(huì)標(biāo)明風(fēng)扇的噪音(dB)和轉(zhuǎn)速(rpm)。這兩個(gè)參數(shù)往往伴隨著營(yíng)銷欺詐——在18℃的條件下測(cè)試。結(jié)果可能很漂亮(比如噪音16dB)，但是沒(méi)有實(shí)際意義，因?yàn)镻C中的溫度會(huì)高出1015℃。另外一個(gè)欺詐是，有的電源采用了兩個(gè)風(fēng)扇，廠商只說(shuō)明了其中轉(zhuǎn)速較慢的風(fēng)扇的參數(shù)。 輸出電壓紋波開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵——所有PC電源都是開(kāi)關(guān)電源——是降壓變換器的工作頻率比電網(wǎng)交流電的頻率高很多倍。變壓器的尺寸得以大大減小。電源輸入的交流電壓(在不同地區(qū)，頻率為50Hz或者60Hz)經(jīng)過(guò)整流(rectify)和平滑(smooth)后加在開(kāi)關(guān)管上，將直流電壓轉(zhuǎn)換回交流電壓，但是頻率提高了很多(60120kHz，取決于不同的電源方案)。這個(gè)電壓經(jīng)過(guò)高頻變壓器后降低至我們會(huì)需要的電壓(12V，5V等)，然后又經(jīng)過(guò)整流和平滑。理想情況下，電源的輸出電壓應(yīng)該是一個(gè)嚴(yán)格的常數(shù)，但是要從高頻交流電轉(zhuǎn)換得到是不可能的?！禔TX12V Power Supply Design Guide》要求輸出電壓的紋波，對(duì)于+5V和+，對(duì)于+12V不超過(guò)120mV。我們用雙通道示波器Velleman PCSU1000記錄電源在滿負(fù)載下各個(gè)電壓輸出的波形圖，并整合到一張圖中：上、中、下三條曲線分別對(duì)應(yīng)+5V、+12V和+。曲線右側(cè)表示最大允許波動(dòng)。+5V波形圖中的高尖峰說(shuō)明這個(gè)電源不能過(guò)濾高頻噪音，這通常是因?yàn)檫x用了劣質(zhì)的電解電容——效能隨著工作頻率的升高而惡化。如果輸出電壓紋波超出正常范圍，就可能影響PC的穩(wěn)定性，干擾聲卡和其他類似的設(shè)備。 效率上面討論的都是電源的輸出參數(shù)，討論效率時(shí)需要考慮輸入?yún)?shù)。也就是說(shuō)從電網(wǎng)得到的功率有多少百分比被電源用來(lái)帶動(dòng)負(fù)載。浪費(fèi)掉的功率是因?yàn)榘l(fā)熱。ATX12V ：典型負(fù)載高于72%，滿載高于70%，低載高于65%。此外還有非強(qiáng)制性的要求(典型負(fù)載下效率高于80%)和自愿認(rèn)證計(jì)劃“80PLUS”(要求電源效率高于80%，并且在20%以上負(fù)載時(shí)效率更高)。新的認(rèn)證計(jì)劃——Energy Star 80PLUS有相同的要求。電源的效率依賴于輸入電壓。輸入電壓越高，效率越高。110V和220V電網(wǎng)下的效率差別約為2%。此外，相同電源方案的不同產(chǎn)品在效率上可能有12%的差別，因?yàn)檫x用的元件參數(shù)不同。在測(cè)試中，電源的負(fù)載從50W以小步進(jìn)增加至標(biāo)稱的最大值，測(cè)量電源從電網(wǎng)中消耗的功率。輸出功率與輸入功率之比即電源的效率。由此我們得效率與負(fù)載的關(guān)系圖。典型開(kāi)關(guān)電源的效率一開(kāi)始隨著負(fù)載的增加而快速增大，達(dá)到最大值后，緩慢減小。這種非線性導(dǎo)致一個(gè)有趣的結(jié)果：從效率的角度看，應(yīng)該根據(jù)負(fù)載購(gòu)買合適標(biāo)稱輸出功率的電源。如果你給電源留了很大的余量，那么在低負(fù)載時(shí)電源并不是高效的。 功率因素交流電網(wǎng)提供兩種功率：有功功率和無(wú)功功率。有兩種情況會(huì)產(chǎn)生無(wú)功功率：第一，負(fù)載電流與電網(wǎng)電壓的相位不同(即負(fù)載是感性或者容性的)。第二，負(fù)載是非線性的。PC電源顯然是第二種情況。通常情況下，在電壓最大值對(duì)應(yīng)的相位時(shí)，電流的波形是一個(gè)尖銳脈沖。(不確定，原文是It will normally consume the mains current in short high impulsesthat coincide with the maximums of the mains voltage.)問(wèn)題是，當(dāng)有功功率完全轉(zhuǎn)化為對(duì)電源的有用功時(shí)(包括電源用來(lái)帶動(dòng)負(fù)載的功率和用來(lái)發(fā)熱的功率)，無(wú)功功率并沒(méi)有被消耗。它回到了電網(wǎng)中，在發(fā)電機(jī)和負(fù)載之間徘徊，和有功功率一樣使電線發(fā)熱。所以無(wú)功功率必須去除。主動(dòng)PFC是最為有效的去除無(wú)功功率的方法。事實(shí)上它是這樣的一個(gè)脈沖變壓器，它的瞬時(shí)功率與電網(wǎng)的瞬時(shí)電壓成比例。換句話說(shuō)，它是線性的并且只消耗有功功率。主動(dòng)PFC輸出的電壓直接加到電源的開(kāi)關(guān)變壓器上。開(kāi)關(guān)變壓器是非線性元件，因此是無(wú)功負(fù)載。但是現(xiàn)在加在上面的是直流電壓，所以第二個(gè)變壓器的非線性就不要緊了，因?yàn)樗呀?jīng)與電網(wǎng)分離開(kāi)來(lái)，不能對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響。(這段不懂……)功率因素是用來(lái)衡量無(wú)功功率的，它等于有功功率與有功功率和無(wú)功功率之和(視在功率)的比值。有時(shí)候，用戶，甚至硬件評(píng)測(cè)者將功率因素和效率混為一談，這是非常嚴(yán)重的錯(cuò)誤。功率因素是有功功率與視在功率的比值，效率是用來(lái)帶動(dòng)顯卡、CPU等負(fù)載所消耗的功率與有功功率的比值。一般來(lái)說(shuō)，主動(dòng)PFC的受益者是電網(wǎng)公司，而不是用戶，因?yàn)橹鲃?dòng)PFC能減小電網(wǎng)上1/3甚至更多的PC負(fù)載。主動(dòng)PFC對(duì)于用戶的意義不大，因?yàn)殡姳碇挥?jì)有功功率。主動(dòng)PFC的一個(gè)附加的作用是電源能夠適應(yīng)從90V到260V全范圍無(wú)間隙的輸入電壓，使得電源可以在不同的電網(wǎng)下通用，而不需要手動(dòng)選擇輸入電壓。此外，能夠手動(dòng)切換輸入電壓的電源，只能工作在兩個(gè)電壓范圍內(nèi)：90130V和180260V，在130180V的范圍內(nèi)不能正常工作。所以，如果所在地區(qū)的電力供應(yīng)不穩(wěn)定，AC電壓經(jīng)常低于180
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