計算機電源-new

1、| 2006 LenovoLenovo Confidential計算機硬件基礎(chǔ) 電源篇| 2006 LenovoLenovo Confidential主要內(nèi)容 7.1 概述 7.2 電源的主要功能 7.3 電源的外形規(guī)格與規(guī)范 7.4 電源連接器 7.5 電源開關(guān)連接器 7.6 線性電源與開關(guān)電源 7.7 電源的相關(guān)參數(shù) 7.8 電源認證 7.9 電源保護系統(tǒng) 7.10 電源管理簡介 | 2006 LenovoLenovo Confidential7.1 概述 電源是PC機的最重要部件之一，但卻是最容易被忽略 電源為系統(tǒng)的每個部件提供電能 電源是計算機系統(tǒng)中容易出現(xiàn)故障的部件 不正常的電源不僅

2、會引起其他部件的不正常，還會因為產(chǎn)生的不適當或不穩(wěn)定的電壓而損害計算機中其他部件 | 2006 LenovoLenovo Confidential7.2 電源的主要功能 將電網(wǎng)的交流電能轉(zhuǎn)換為計算機電路可用類型的電能 正直流電壓 有些特定電壓需要有穩(wěn)壓器、穩(wěn)壓模塊（VRM）進行轉(zhuǎn)換 電壓設(shè)備+3.3V芯片組、SDRAM DIMM、PCI/AGP卡、多功能芯片 +5V磁盤驅(qū)動器邏輯板、SIMM、PCIAGP卡、ISA卡、穩(wěn)壓器、多功能芯片 +12V馬達、穩(wěn)壓器（高輸出） 負直流電壓 電源不僅能產(chǎn)生+3.3V、+5V和+12V的正電壓，還能產(chǎn)生-5V和-12V的負電壓 主板的邏輯電路通常不使用-1

3、2V電壓，有些串口或LAN電路有時用到 -12V輸出的負載非常小 -5V電壓存在的惟一原因在于全面向下兼容ISA（工業(yè)標準結(jié)構(gòu)）總線| 2006 LenovoLenovo Confidential7.3 電源的外形規(guī)格與規(guī)范 電源外形規(guī)格 連接器類型 相關(guān)主板外形規(guī)格 ATATBaby-AT、Mini-AT、AT ATXATXATX、NLX、Micro-ATX SFXATXFlex-ATX、Micro-ATX BTX架構(gòu)的系統(tǒng)適用ATX、SFX、CFX和LFX規(guī)格的電源 CFX和LFX規(guī)格的電源目前還很難見到具體的產(chǎn)品 主要的三種電源外形規(guī)格| 2006 LenovoLenovo Confid

4、ential7.3.1 AT電源 從286至586時代，AT電源是PC的標準配置 AT電源功率比ATX電源要小 AT電源的主電源連接器與ATX電源不同 開機需要通過前端面板開關(guān) 屬于淘汰了的電源類型| 2006 LenovoLenovo Confidential7.3.2 ATX電源 目前最為流行電源規(guī)格，最早于1995年由Intel公司推出，目前的最新規(guī)范版本是ATX12V 2.3版 ATX電源對主電源連接器進行了重大的改進 通過PS-ON信號開關(guān)電源（也就是系統(tǒng)） 通過Power_Good信號的存在表明電源處于正常的工作水平 提供+5VSB，實現(xiàn)休眠喚醒、遠程開機和鍵盤開機等功能 | 20

5、06 LenovoLenovo Confidential7.3.2 ATX電源規(guī)范版本 主要變動 ATX1.01早期版本，采用吹風(fēng)方式散熱 ATX2.0 采用排風(fēng)散熱 ATX2.01 +5VSB輸出電流從100mA改為720mA ATX2.02 增加了一個ATX +5V/+3.3V輔助連接器；將-5V和-12V的輸出電壓偏差進行了調(diào)整ATX2.03 實質(zhì)上并沒有多大的區(qū)別。主要是將ATX2.02中的Micro ATX改為Mini-ATX；建議在電源頂端增加新的通風(fēng)窗口以增強對CPU的散熱 ATX12V 1.1 加強了+12V的電流輸出能力；對+12V的電流輸出、涌浪電流峰值、濾波電容的容量、保

6、護等做出了新的規(guī)定；增加了ATX12V連接器；加強了+5VSB的電流輸出能力。 ATX12V 1.2 沒有大變化，只是提高了電流的輸出能力 ATX12V 1.3 取消了-5V電壓；新增了SATA電源接口 ATX12V 2.0 由單路+12V輸出改為雙路+12V輸出；主電源連接器由20針增加到24針；取消了ATX +5V/+3.3V輔助連接器 ATX12V 2.2 將最大輸出標準提升至450W；加強了+3.3V與+5V的輸出能力，削弱了+12V的持續(xù)供電能力，增強+12V的峰值電流，以適應(yīng)雙核處理器在啟動時，大峰值電流的要求；對電源的轉(zhuǎn)換效率提出了更高要求 ATX12V 2.3 最主要的變化是將

7、+12V1輸出能力提升而+12V2輸出能力下降，同時還首次規(guī)定了采用單路+12V的180W、220W、270W三個功率級。為了貼近能源之星4.0版本規(guī)范，INTEL在ATX 12V 2.3規(guī)范里推薦一款電源不論何種狀態(tài)下都可以達到80%或以上的轉(zhuǎn)換效率，而且功率因數(shù)則需要大等于0.9| 2006 LenovoLenovo Confidential7.3.3 SFX電源 Intel于1997年12月推出了更小的 SFX 電源 可提供稍小的持續(xù)電能和4檔電壓，一般不提供-5V電壓 FX規(guī)范的最新版本是SFX12V 3.0版 | 2006 LenovoLenovo Confidential7.4.1

8、 AT主板電源連接器 AT電源具有2個主板電源連接器（P8和P9），每個都有6個針腳將電源系統(tǒng)與主板連在一起 保證在安裝時使兩個電源線纜的黑色電線（地線）靠在一起 AT主板電源連接器通常有一個卡環(huán)來防止它們與主板插針連接時接反，所以最重要的是使它們按正確的次序連接，而不遺漏任何一個插針，否則將造成電源通電時，主板和插在上面的所有部件受到災(zāi)難性的損害| 2006 LenovoLenovo Confidential7.4.2 ATX主電源連接器 在ATX12V 2.0版本之前是20針樣式連接器 首先用于ATX外形規(guī)格的電源系統(tǒng)中，后來也用于SFX外形規(guī)格或其他基于ATX的變種中 線纜的顏色是由AT

9、X標準建議的| 2006 LenovoLenovo Confidential7.4.2 ATX主電源連接器 24針與20針主電源連接器相比，其中20針的定義是完全一樣的，增加的4針分別是+12V、+5V、+3.3V和地線 為了讓采用20針和24針主電源連接器的電源間能夠互相兼容，目前一般采用兩種方法： 使用20針轉(zhuǎn)24針或24針轉(zhuǎn)20針的轉(zhuǎn)接頭進行互相轉(zhuǎn)換以適應(yīng)不同的主板 將24針主電源連接器的最后4針做成可拆卸的活動插頭| 2006 LenovoLenovo Confidential7.4.3 ATX輔助電源連接器 ATX+5V/+3.3V輔助連接器 系統(tǒng)在+3.3V和+5V的電壓上負載越來

10、越重，線纜的電流很大，越來越多的連接器開始發(fā)生軟化 如果主板需要超過18A的+3.3V電壓，或者超過24A的+5V電壓，就要使用一個輔助連接器來承擔(dān)額外的負載 這些電源通常用于250W到300W以上的系統(tǒng)中 是一個6針Molex型連接器，與AT電源中的主板電源連接器類似| 2006 LenovoLenovo Confidential7.4.3 ATX輔助電源連接器 ATX12V連接器 專門用于向主板提供另外的+12V電源 常用在Pentium 4主板上 可拆卸式24針主電源連接器中的4針活動插頭和ATX12V連接器雖然外形很像，但不能通用| 2006 LenovoLenovo Confiden

11、tial7.4.4 外設(shè)電源連接器 D型大4針和軟驅(qū)小4針的電源連接器 這兩種連接器上的引腳編號和電壓值是相反的 連接器是鍵控式的，不容易插錯 一些軟驅(qū)小4針連接器只有2根線+5V和一個地信號 早期的電源系統(tǒng)只有2個大4針電源連接器，后來的電源系統(tǒng)則有4個以上。軟驅(qū)小4針電源連接器一般有1個或2個 有的主板會為了兼容舊版本的電源，會使用D型大4針電源連接器替代ATX12V連接器| 2006 LenovoLenovo Confidential7.4.4 外設(shè)電源連接器 SATA電源連接器 ATX12V 1.3版本新增加了SATA電源連接器 每個電源連接器有5根線纜和15個針腳，提供+3.3V、+

12、5V和+12V等多種電壓 可以使用轉(zhuǎn)接線將大4針電源連接器轉(zhuǎn)為SATA電源連接器 部分SATA設(shè)備自帶大4針電源連接器的接口 直接使用或使用轉(zhuǎn)接線轉(zhuǎn)接大4針電源連接器都不能提供+3.3V的電壓| 2006 LenovoLenovo Confidential7.4.4 外設(shè)電源連接器 聯(lián)想特有連接器液晶顯示器供電接口 小3針電源連接器 | 2006 LenovoLenovo Confidential7.5 電源開關(guān)連接器 PC機上主要有三種電源開關(guān) 完整的交流電源開關(guān) 前端面板交流電源開關(guān) 前端面板主板受控開關(guān) 前端面板交流電源開關(guān)的接線必須正確，否則將會造成短路而燒斷電源插座的保險絲 藍色和棕

13、色線連在一組導(dǎo)線接頭上，白色和黑色線接在另一組導(dǎo)線接頭上 棕色和藍色線是從電網(wǎng)到電源的火線和零線。當電源插頭插上后，這兩根線總是帶電的 黑色和白色線是從開關(guān)回到電源的交流反饋線。只有在打開開關(guān)后，它們才帶電 綠線或帶黃色條紋的綠線是地線 前端面板主板受控開關(guān)通過主電源連接器上的 PS-ON信號來觸發(fā)電源的開關(guān)狀態(tài)| 2006 LenovoLenovo Confidential7.6 線性電源與開關(guān)電源 PC機電源通常是開關(guān)電源而不是線性電源 線性電源要用一個很大的內(nèi)部變壓器產(chǎn)生不同的電壓輸出。線性電源的這種基于變壓器的設(shè)計至少在三個方面是低效的 變壓器的輸出和輸入呈線性關(guān)系（因此稱線性），所以

14、交流電源的任何波動都會引起電源輸出的問題 PC系統(tǒng)所需的大電流（功率）要求變壓器線徑很大 電網(wǎng)交流電的50Hz工頻在電源中難以被濾除，要求使用大而貴的電容器和整流器濾波 開關(guān)電源用開關(guān)電路把電網(wǎng)交流電斬波為頻率很高的交流電 可以使用小得多、輕得多的高頻變壓器 高頻也可以被更容易、更廉價地從電源輸出中濾除，使得輸入可以在更寬的范圍內(nèi)變化 開關(guān)電源和線性電源相比體積小、重量輕、效率高 開關(guān)型電源的一個特性是不加負載不能工作| 2006 LenovoLenovo Confidential7.7 電源的相關(guān)參數(shù) 功率 電源的功率主要有四種 額定功率：指環(huán)境溫度為-5度到50度，電壓范圍180V264V

15、時，電源長時間穩(wěn)定輸出的功率 最大功率：指環(huán)境溫度為常溫（25度左右），電壓范圍200V264V時，電源穩(wěn)定工作時能夠輸出的最大功率。這個值一般比額定功率高15左右 峰值功率：指電源短時間內(nèi)能達到的最大功率，通常僅能維持30秒左右的時間。一般情況下電源峰值功率可以超過最大輸出功率50%左右 輸入功率：電源的實際耗電量 通常用“額定功率”表示輸出功率水平 各路輸出不可能同時達到標稱的最大負載電流 在配置電源時，應(yīng)該注意讓電源功率有一定的冗余 | 2006 LenovoLenovo Confidential7.7 電源的相關(guān)參數(shù) 轉(zhuǎn)換效率 輸出功率除以輸入功率的百分比 ATX12V 1.3版要求滿

16、載下最小轉(zhuǎn)換效率為70%，ATX12V 2.0版將推薦轉(zhuǎn)換效率提高到了80% 功率因數(shù) 表示對電能的利用效率 PFC（Power Factor Correction）即“功率因數(shù)校正” 通過CCC認證的電源都必須增加PFC電路 PFC有兩種，無源PFC（被動式PFC）、有源PFC（主動式PFC） 主動式PFC可使電源功率因數(shù)達到98%以上，不過成本比較高 被動式PFC的電源功率因數(shù)只能達到70-80，并且發(fā)熱量比較大 功率因數(shù)產(chǎn)生的損耗是電力部門負擔(dān)，轉(zhuǎn)換效率的損耗是用戶自己負擔(dān)| 2006 LenovoLenovo Confidential7.7 電源的相關(guān)參數(shù) 平均故障間隔時間（MTBF）

17、或平均無故障工作時間（MTTF） 預(yù)期在電源發(fā)生故障之前，電源平均能工作的時間，以小時計 采用一套公認的標準，由電源中各個元件的失效率計算MTBF參數(shù) 輸入范圍（或工作范圍） 電源能夠接受的輸入交流電壓變化范圍 多數(shù)電源被設(shè)計成全球通用的，可以在110V和220V之間自動切換 有一些電源需要設(shè)定一個開關(guān)來指定現(xiàn)在所使用的電壓| 2006 LenovoLenovo Confidential7.7 電源的相關(guān)參數(shù) 峰值浪涌電流 電源在開機后的瞬間從電網(wǎng)汲取的最大電流，以特定電壓下的安培數(shù)表示 該值越低，系統(tǒng)所受的熱沖擊越小 保持時間 輸入電壓下降后電源電壓能維持在指定的電壓范圍的時間（以毫秒計）

18、它可以使PC系統(tǒng)在交流電短暫中斷的情況下繼續(xù)運行 目前主流電源的此項參數(shù)通常是15-30毫秒，一般越高越好 ATX12V規(guī)范要求保持時間至少需17毫秒 瞬態(tài)響應(yīng) 輸出電流階躍變化后，電源輸出電壓恢復(fù)到標稱水平所需的時間（以毫秒計） 有時用某個輸出變化的概念來表示，比如“電源輸入變化在20之內(nèi)，輸出保持穩(wěn)定“| 2006 LenovoLenovo Confidential7.7 電源的相關(guān)參數(shù) 過壓保護 對每一路輸出，電源關(guān)閉或者截止輸出的斷路點 可以用百分數(shù)表示，如對+3.3V和+5V輸出過壓保護折點為120 可以直接用數(shù)值表示，如對+3.3V輸出過壓保護折點為+4.6V，對+5V輸出過壓保護

19、折點是+7.0V 最大負載電流 每一路輸出所能安全地提供的最大的電流值（以A為單位） 最小負載電流 每一路輸出必須從中汲取的最小電流值 負載系數(shù)（或稱電壓負載系數(shù)） 是指某一路輸出電壓當從最小負載變到最大負載時的變化值（反之亦然） 其值以正負百分數(shù)表示，典型值是：對 +3.3V、+5V和+12V輸出為1到5| 2006 LenovoLenovo Confidential7.7 電源的相關(guān)參數(shù) 線性調(diào)整 電網(wǎng)交流輸入電壓從最小值變到最大值時輸出電壓的變化值 電源應(yīng)能在電網(wǎng)電壓在規(guī)定范圍內(nèi)變化時保持輸出變化低于1 串擾 或稱串擾和噪聲、交流串擾、周期性和隨機性偏差 以每路輸出電壓的峰-峰電壓的毫伏

20、值計 該參數(shù)越小越好；高質(zhì)量的系統(tǒng)串擾一般為1（或更低），如果用電壓來表示，則是輸出電壓的1 這種影響可能來自于內(nèi)部開關(guān)瞬態(tài)過程，或者由受控的頻率引入，或者是其他隨機噪聲| 2006 LenovoLenovo Confidential7.8 電源認證 在美國最著名的代理機構(gòu)是Underwriter Laboratories,Inc.（UL）。在加拿大，電子和電器產(chǎn)品由加拿大標準組織（CSA）進行認證。在德國是TV Rheinland和VDE。在挪威有VEMKO 在中國的電源認證是中國電工強制認證（CCC），全稱是中國國家強制性產(chǎn)品認證，簡稱3C認證。這是國家對低壓電器、小功率電動機等涉及健康安

21、全、公共安全的電器產(chǎn)品所要求的認證標準，它包括原來的產(chǎn)品安全認證（CCEE）、進口安全質(zhì)量許可制度（CCIB）和電磁兼容認證（EMC）。三者分別從用電的安全、穩(wěn)定、電磁兼容及電波干擾方面做出了全面的規(guī)定標準| 2006 LenovoLenovo Confidential7.9 電源保護系統(tǒng) 最簡單的保護形式就是使系統(tǒng)遠離那些惡劣的使用環(huán)境 高品質(zhì)的電源實際上也能提供很大程度的保護，在過電流、過電壓、欠電壓、過載、過溫度、短路、雷擊的情況下能迅速地關(guān)斷電源 所有電源保護功能都要求將計算機的交流電源電纜接地 三種現(xiàn)有的主要電源保護系統(tǒng) 電涌保護器 穩(wěn)壓器 不間斷電源（UPS） | 2006 LenovoLenovo Confidential7.9 電源保護系統(tǒng) 不間斷電源（UPS）可分為在線式、后備式和在線互動式三種 在線式UPS：在線式UPS在工作時，首先將市電轉(zhuǎn)換為直流電給UPS電池充電，同時逆變器將此直流電逆變?yōu)榻涣麟姙橄到y(tǒng)供電，由于市電經(jīng)過了交流到直流、再到交流的轉(zhuǎn)換過程，所以市電中原有的干擾和脈沖已經(jīng)過濾得非常干凈，電壓很穩(wěn)定。由于逆變電路始終在工作，所以當停電發(fā)生時，UPS能達到切換時